JP4424941B2 - Perforated sintered electrode - Google Patents
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Description
本発明は、放電灯の電極として用いられる有孔焼結電極に関し、例えば、パルス光源として用いられるフラッシュランプの電極として用いられるような有孔焼結電極に関する。 The present invention relates to a porous sintered electrode used as an electrode of a discharge lamp, for example, a porous sintered electrode used as an electrode of a flash lamp used as a pulse light source.
高圧放電灯の電極には高融点金属に易電子放射物質を添加した電極が知られている。特許文献1は、こうした電極の一例であって、高融点金属の粉末を焼結して多孔性の電極を成形し、その孔に易電子放射物質を充填するものである。そして、比較的大きな面積で放電を発生させることで、放電が局所的に集中するのを抑制し、電極の消耗を抑制することができると記載されている。
ところで、点光源タイプの放電灯では、放電位置を集中し、かつ、固定する必要がある。しかし、放電を特定の位置に集中させると、従来の電極では、上述したように電極が消耗してしまい、結果的に放電位置が変動してしまう。また、従来の電極においては、点灯時の応答性等を向上させるため、例えば、易電子放射物質の含有量を増やすことにより電子の放出能力を向上させていたが、この結果、過剰な易電子放射物質イオンが放出されるため当該イオン消滅に時間を要することとなり、消灯時の応答性が低下してしまう。このため、このような電子の放出能力を向上させた従来型の電極を用いると、例えば、フラッシュランプでパルス発光を行わせる際に、連続点灯のようなミス発光が発生してしまうという問題が生じていた。 By the way, in the point light source type discharge lamp, it is necessary to concentrate and fix the discharge position. However, when the discharge is concentrated at a specific position, in the conventional electrode, the electrode is consumed as described above, and as a result, the discharge position fluctuates. In addition, in the conventional electrode, in order to improve the responsiveness at the time of lighting, for example, the electron emission ability has been improved by increasing the content of the easy electron emitting material. Since radioactive material ions are released, it takes time to extinguish the ions, and the response at the time of extinction is reduced. For this reason, when such a conventional electrode with improved electron emission capability is used, for example, when performing pulsed light emission with a flash lamp, there is a problem that erroneous light emission such as continuous lighting occurs. It was happening.
そこで、本発明は電極の消耗を抑制しつつ、放電位置を集中させることが可能で、かつ、点灯・消灯時の応答性も向上させた放電灯用の有孔焼結電極を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention provides a perforated sintered electrode for a discharge lamp that can concentrate the discharge position while suppressing the consumption of the electrode, and has improved the response at the time of turning on / off. Let it be an issue.
上記課題を解決するため、本発明に係る放電灯用の有孔焼結電極は、易電子放射物質を20重量%未満含有するタングステンを金属射出成形により成形後、焼結させることにより放電先端部を含めて一体製造され、焼結後の密度を12g/cc以上としたことを特徴とする。 To solve the above problem, perforated sintered electrode of the discharge lamp according to the present invention, after forming the tungsten containing material likely to emit electrons less than 20 wt% of a metal injection molding, the discharge tip by Rukoto Sintered It is characterized by being manufactured integrally including the part and having a density after sintering of 12 g / cc or more.
すなわち、易電子放射物質の濃度を比較的低いものとする一方、タングステンの充填密度を高くする。ここで、金属射出成形によって成形することで、放電部におけるタングステンの充填密度を所望の状態とすることを容易かつ確実に行える。 That is, the concentration of the easy-electron emitting material is set to be relatively low, while the filling density of tungsten is increased. Here, by forming by metal injection molding, it is possible to easily and surely make the filling density of tungsten in the discharge part a desired state.
この有孔焼結電極は、先端形状が尖頭形であることが好ましい。さらに、易電子放射物質は、アルミン酸バリウム、または、酸化スカンジウムとアルカリ土類金属の炭酸塩の混合物であることが好ましい。 The porous sintered electrode preferably has a pointed tip shape. Furthermore, the electron-emitting material is preferably barium aluminate or a mixture of scandium oxide and an alkaline earth metal carbonate.
このように、従来より焼結後のタングステンの密度を高めることで、放電部の強度、耐熱性が向上し、その消耗が抑制される。そのため、点灯安定性が維持され、寿命特性も向上する。そして、電子の放出能力を適正に制御することで、イオン消滅時間を適正にして、点灯・消灯応答性を両立させることができる。 As described above, by increasing the density of tungsten after sintering, the strength and heat resistance of the discharge portion are improved and the consumption thereof is suppressed. Therefore, lighting stability is maintained and life characteristics are improved. Further, by appropriately controlling the electron emission capability, it is possible to make the ion annihilation time appropriate and achieve both lighting / extinguishing responsiveness.
先端形状を尖頭形にすることで、放電を先端部に確実に集中させることができる。また、放電部の強度、耐熱性が高いために、電極の先端部が曲面状に消耗するため、放電位置の移動量を低減する。 By making the tip shape pointed, discharge can be reliably concentrated on the tip. Moreover, since the strength and heat resistance of the discharge part are high, the tip part of the electrode is consumed in a curved shape, so that the amount of movement of the discharge position is reduced.
また、このような易電子放射物質を用いると、点灯・消灯応答性を両立することができる。 In addition, when such an easy-electron emitting material is used, it is possible to achieve both lighting / extinguishing responsiveness.
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the drawings as much as possible, and duplicate descriptions are omitted.
図1、図2は、本発明に係る放電灯用電極を使用した放電灯であるフラッシュランプの概略図であり、図1がその横断面図、図2が縦断面図である。このフラッシュランプ10は、円筒状のガラス容器1中に、陰極2と陽極3とがステム導入ピン6により対向して配置されている。そして、放電を開始させるためのトリガプローブと呼ばれる電極4、5が陰極2と陽極3のそれぞれの対向面前方に配置されている。そして、各電極2〜5は、ガラス容器1外に引き出された外部端子71〜74により外部回路に接続されている。ガラス容器1中には、キセノンガスが封入されている。
1 and 2 are schematic views of a flash lamp which is a discharge lamp using a discharge lamp electrode according to the present invention, in which FIG. 1 is a transverse sectional view and FIG. 2 is a longitudinal sectional view. In this
図3は、この陰極2の拡大図である。陽極3に対向する側が円錐形で、反対側が円筒形である砲弾形(尖頭形)の形状を有している。陰極2は、例えば、全長が3〜5mm、直径が2mmであって、先端の円錐部の長さが1mmである。
FIG. 3 is an enlarged view of the
この陰極2は、以下のような金属射出成形(Metal Injection Molding=MIM)法によって製造される。図4は、陰極2の製造プロセスを説明するフローチャートである。まず、所定の空間を有する金型を用意する(ステップS1)。この空間は、製造対象である陰極2を所定比率で拡大した形状を有する。一方で、平均粒径が2μm〜8μmのタングステン粉末と、アルミン酸バリウム、または、酸化スカンジウムとアルカリ土類金属の炭酸塩の混合物からなる易電子放射物質と、パラフィンワックスにポリプロピレン等の樹脂を添加した熱可塑性ポリマー材料からなるバインダーを混練して、直径数mm程度の顆粒状にして原料とする(ステップS2=原料生成工程)。ここで、タングステン粉末と易電子放射物質との比率は、易電子放射物質が20重量%未満であり、これに流動化を可能とする所定量のバインダーが添加される。
The
次に、こうして作成した原料を100℃〜200℃程度に加熱して流動状態とし、ステップS1で用意した金型の空間内に射出成形する(ステップS3=射出成形工程)。射出成形された原料が金型内で固化したら、固化した成形品を金型から取り出す(ステップS4)。そして、不活性ガス中で成形品を所定の温度プロファイルで加熱後、冷却することにより、バインダー成分を蒸発させて除去する脱脂を行う(ステップS5=脱脂工程)。脱脂した成形品を、さらに真空中で1400〜1500℃に加熱することによりタングステン粉末を結合させる焼結を行う(ステップS6=焼結工程)。これにより、有孔焼結電極である陰極2が得られる。
Next, the raw material thus prepared is heated to about 100 ° C. to 200 ° C. to be in a fluid state, and injection molded into the mold space prepared in step S1 (step S3 = injection molding process). When the injection-molded raw material is solidified in the mold, the solidified molded product is taken out from the mold (step S4). Then, the molded product is heated in an inert gas with a predetermined temperature profile and then cooled to perform degreasing to evaporate and remove the binder component (step S5 = degreasing step). The degreased molded product is further heated to 1400-1500 ° C. in vacuum to perform sintering for bonding tungsten powder (step S6 = sintering step). Thereby, the
このようにして製造される陰極2においては、陰極2の放電先端部に至るまでタングステンの充填密度を均一に高くすることができる。この充填密度は、12g/cc以上に調整される。なお、純タングステンの密度が19.32g/ccであり、陰極2には、これより密度の軽い易電子放射物質が混合されることと、微細な孔を多数有する有孔電極であることから、密度の上限は、この純タングステン密度より小さくなり、19g/cc程度になる。
In the
こうして作成した陰極2と同様に製作した陽極3(易電子放射物質は含まない。)間に外部端子71、72に接続される外部電源から電圧を付加し、外部端子73、74からトリガープローブにトリガーエネルギーを付与する(パルス電圧を付与する)ことで、電極間に絶縁破壊を起こして放電を発生させ、封入されているキセノンガスを発光させる。
A voltage is applied from an external power source connected to the
本発明によれば、このように、陰極2の放電先端部までタングステンが均一に高密度で充填されているとともに、焼結によりそれらが固く結合しているため、放電先端部の強度が従来型の電極に比べて強固になる。そのため、電極の消耗を抑制することができ、長時間にわたって安定した位置で放電を行うことができる。このため、発光を繰り返すことにより放電位置が移動して発光位置が移動するのを抑制することができる。さらに、陰極2に含まれる易電子放射物質の濃度を抑えることで、放電位置を先端部に集中させるとともに、電圧付与後の残留イオン(電子)の量を抑えることができ、連続点灯を防止し、ミス発光を抑制する。したがって、点灯・消灯応答性が向上する。
According to the present invention, since the tungsten is uniformly and densely filled up to the discharge tip of the
以上の説明では、キセノンフラッシュランプの場合を例に説明したが、本発明に係る放電管用の電極は、その他の点灯・消灯応答性が求められる放電管用の電極としても好適である。 In the above description, the case of a xenon flash lamp has been described as an example. However, the electrode for a discharge tube according to the present invention is also suitable as an electrode for a discharge tube that requires other lighting / light-off responsiveness.
易電子放射物質としては、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、トリウム等の元素周期律表IIIa族の酸化物、アルカリ土類金属であるカルシウム、バリウム、ストロンチウム等の炭酸塩の単体あるいは混合物を用いることができる。 As an electron-emitting substance, a single element or a mixture of oxides of group IIIa of periodic table of elements such as scandium, yttrium, lanthanum, cerium, thorium, and alkaline earth metals such as calcium, barium, strontium, etc. Can do.
本願発明者は、本願発明の電極を使用することによるキセノン−フラッシュランプの光出力の安定性向上の効果を確認するため、本願発明に係る電極と、従来型の電極とを使用した場合のそれぞれの光出力の安定性を比較する実験を行った。以下、その比較結果について説明する。 In order to confirm the effect of improving the stability of the light output of the xenon-flash lamp by using the electrode of the present invention, the inventor of the present application uses each of the electrodes according to the present invention and the conventional type electrode. Experiments were conducted to compare the stability of light output. Hereinafter, the comparison result will be described.
陰極2として、タングステン充填密度の異なるケースA〜Dの4種類の電極をそれぞれ数本ずつ作成した。ケースA〜Dのそれぞれのタングステンの充填密度は、16.5、12.4、11.8、11.3に調整した。このうち、ケースAと、ケースBは、本発明に係る電極であって、平均粒径約3μmのタングステン粉末を用い、タングステン95重量%に対して、易電子放射物質を約5重量%添加し、上述のMIM法を用いて、製造した。この易電子放射物質は、酸化スカンジウム1に対し、重量でアルカリ土類金属の炭酸塩を10混合したもので、アルカリ土類金属の炭酸塩は、約60重量%の炭酸バリウム、約35重量%の炭酸ストロンチウム、約5重量%の炭酸カルシウムからなる。一方、ケースCとケースDは、同じ材料(タングステンおよび易電子放射物質)を用いて、プレス成型後に焼結して製造されたものである。
As the
これらの電極を有する10ワット・キセノン−フラッシュランプを作成し、連続パルス発光させて、電極消耗状態の違いを調べた。実験に用いたキセノン−フラッシュランプ本体の構造は、直径が20mm、高さが19.5mmの円筒形状であり、電極間の距離を1.5mmに設定した。点灯条件は、入力エネルギーが0.1J、放電のメイン電圧を1000V、点灯周波数を100Hzとし、300時間点灯動作を行った後、放電によるスパッタによって生ずる消耗状態を調べた。 A 10-watt xenon-flash lamp having these electrodes was prepared, and a continuous pulse was emitted to examine the difference in the electrode consumption state. The structure of the xenon-flash lamp body used in the experiment was a cylindrical shape having a diameter of 20 mm and a height of 19.5 mm, and the distance between the electrodes was set to 1.5 mm. The lighting conditions were an input energy of 0.1 J, a main discharge voltage of 1000 V, a lighting frequency of 100 Hz, and after 300 hours of lighting operation, the state of wear caused by sputtering due to discharge was examined.
消耗状態の判定方法を図5を参照して説明する。作成時の陰極2は、図5(a)に示されるように、先端が尖った形状をしている。放電によって先端部が消耗していく場合、図5(b)に示されるように、先端面が平面状に消耗していく場合と、図5(c)に示されるように、先端面が曲面状として消耗していく場合がある。そこで、平面状に消耗していく場合には、先端面の最大直径により消耗度合いを表し、曲面状に消耗していく場合には、作成時のまま残っている円錐面の先端部を結ぶ面の最大直径により消耗度合いを表すこととした。
A method for determining the consumption state will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5A, the
図6は、こうして調べたケースA〜Dの電極それぞれの消耗度の平均値を陰極2のタングステン密度に対してプロットしたグラフである。図から明らかなように、消耗度は、タングステン密度が低いほど大きく、タングステン密度12g/cc未満のケースC、Dでは、消耗度が0.7mmを超えており、消耗が激しい。しかも、平面状に消耗していくため放電位置が集中せず、また、放電距離も長くなるので、発光位置も大きく変動する。これに対して、タングステン密度が12g/cc以上のケースA、Bについては、消耗度が小さく、かつ、曲面上に消耗していくため、放電位置の集中を維持しやすく、実際の放電距離も、同一の消耗度で平面状に消耗していく場合に比較して短くて済み、発光位置の変動といった消耗の影響が軽減される。このため、本発明に係る電極(ケースA、B)では、従来型の電極(ケースC、D)に対して、放電位置の集中を維持しやすく、消耗度の数値の差以上に電極消耗によって放電距離が延びるのを抑制することができ、放電安定性に寄与することが確認された。
FIG. 6 is a graph in which the average value of the degree of wear of each of the electrodes in cases A to D examined in this manner is plotted against the tungsten density of the
また、それぞれのケースについて作動時間300時間経過後に、点灯周期100Hzで5分間点灯させ、その最大光出力と最低光出力との差を平均光出力で除した値に100をかけて光安定性を求めた。光安定性は、ケースC、ケースDでは、それぞれ、5.06%、7.49%となり、不安定な結果となったが、ケースA、ケースBでは、それぞれ、3..32%、3.67%と5%未満であり、光安定性が確保されることが確認された。 In each case, after 300 hours of operation time, the lamp is turned on for 5 minutes at a lighting cycle of 100 Hz, and the difference between the maximum light output and the minimum light output is divided by the average light output by multiplying by 100 to improve the light stability. Asked. The light stability was 5.06% and 7.49% in Case C and Case D, respectively, and unstable results were obtained, but in Case A and Case B, 3. . 32%, 3.67%, and less than 5%, confirming that light stability is ensured.
1…ガラス容器、2…陰極、3…陽極、4、5…トリガープローブ(電極)、6…ステム導入ピン、71〜74…外部端子、10…フラッシュランプ。 1 ... glass container, 2 ... cathode, 3 ... anode, 4,5 ... trigger probe (electrode), 6 ... stem introduction pin 7 1-7 4 ... external terminal, 10 ... Flash lamp.
Claims (3)
易電子放射物質を20重量%未満含有するタングステンを金属射出成形により成形後、焼結させることにより放電先端部を含めて一体製造され、焼結後の密度を12g/cc以上としたことを特徴とする有孔焼結電極。 A porous sintered electrode for a discharge lamp,
After the tungsten containing material likely to emit electrons less than 20% by weight molded by metal injection molding, is manufactured integrally, including the discharge tip by Rukoto by sintering, that the density after sintering was 12 g / cc or more A porous sintered electrode characterized.
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