JP6329046B2 - 放電管用パッケージおよび放電管 - Google Patents

Description

本発明は、放電管用パッケージ、およびそれを備えた放電管に関する。

従来、たとえば、写真撮影用の人工光源として用いられる閃光放電管は、両端に陽極と陰極とが設けられたガラス管内に不活性ガスが充填された構造を有し、両電極間に生じるアーク放電によって発光する。

このような閃光放電管の始動特性を向上させるための構造として、特許文献１，２には、タングステンなどから成る電極芯と、該電極芯に取り付けられた、電子放出性物質（エミッタ材料）が含浸された陰極材とによって構成される陰極を用いた構造の放電管が開示されている。

特開２００９−２３８５６５号公報 特開２００６−１１４２９６号公報

特許文献１，２に開示される従来技術の閃光放電管において、陰極を構成する陰極材は、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、ニッケル等の高融点金属から成る金属粉末を用いて形成された多孔質焼結体の空孔内にエミッタ材料を含浸させたものであり、タングステンなどから成る電極芯とは別体に設けられる。

上記の従来技術の閃光放電管では、放電中に陰極の一部が飛散し、ガラス管の内面が黒化してしまうという課題がある。

本発明の目的は、放電中に陰極の一部が飛散することが抑制された放電管用パッケージ、および、該放電管用パッケージを備えた放電管を提供することである。

本発明は、放電空間を形成する凹部を有するセラミック基体と、前記セラミック基体の前記凹部の内面に形成された陽極と、前記セラミック基体の前記凹部の内面に形成され、前記陽極と電気的に絶縁された陰極であって、金属材料から成る複数の金属粒子と、前記金属粒子間に介在する、前記金属粒子を構成する前記金属材料よりも低融点である、前記セラミック基体に含まれるガラス質内に分散されているエミッタ材料から成る複数のエミッタ粒子とを含む陰極と、前記セラミック基体の内部に埋設され、前記陽極および前記陰
極と電気的に絶縁されたトリガ電極と、を備えたことを特徴とする放電管用パッケージである。

また本発明は、前記放電管用パッケージと、前記放電管用パッケージの前記凹部によって形成される放電空間内に充填された不活性ガスと、前記放電管用パッケージの前記凹部の開口を外囲する、該凹部の開口周縁部に設けられ、放電空間を塞ぐ透光性部材と、を備えたことを特徴とする放電管である。

本発明によれば、放電管用パッケージは、放電空間を形成する凹部を有するセラミック基体と、セラミック基体の凹部の内面に形成された、互いに電気的に絶縁された陽極および陰極と、セラミック基体の内部に埋設されたトリガ電極と、を備える。このような構成の放電管用パッケージにおいて、陰極は、金属材料から成る複数の金属粒子と、金属粒子間に介在する、金属粒子を構成する金属材料よりも低融点である、セラミック基体に含まれるガラス質内に分散されているエミッタ材料から成る複数のエミッタ粒子とを含んで構成されているので、放電中に陰極の一部が飛散することを抑制することができる。

また本発明によれば、放電管は、前述した本発明に係る放電管用パッケージと、該放電管用パッケージの凹部によって形成される放電空間内に充填された不活性ガスと、凹部の開口周縁部に設けられて放電空間を塞ぐ透光性部材と、を備える。このような構成の放電管は、放電中に陰極の一部が飛散することを抑制可能な、本発明に係る放電管用パッケージを備えているので、放電管の長寿命化を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る放電管用パッケージ１０を備えた放電管１の構成を示す斜視図である。 放電管用パッケージ１０を上方から見た平面図である。 図１の切断面線Ａ−Ａで切断したときの放電管１の断面図である。 放電管用パッケージ１０を下方から見た底面図である。 放電管用パッケージ１０を製造するための積層体を示す分解斜視図である。

以下、本発明に係る放電管用パッケージおよび放電管について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る放電管用パッケージ１０を備えた放電管１の構成を示す斜視図である。図２は、放電管用パッケージ１０を上方から見た平面図である。図３は、図１の切断面線Ａ−Ａで切断したときの放電管１の断面図である。図４は、放電管用パッケージ１０を下方から見た底面図である。

本実施形態に係る放電管１は、たとえばスマートフォンなどの携帯端末装置において、写真撮影用の閃光発光装置に用いられる閃光放電管である。本実施形態の放電管１を用いた閃光発光装置は、該閃光発光装置における回路構成については従来公知の放電管を用いた閃光発光装置と同様である。

放電管１は、本実施形態に係る放電管用パッケージ１０と、放電管用パッケージ１０の凹部１１１によって形成される放電空間１１２内に充填された不活性ガス１６と、放電管用パッケージ１０の凹部１１１の開口を外囲する、該凹部１１１の開口周縁部に設けられ、放電空間１１２を塞ぐ透光性部材１５と、を含んで構成される。

不活性ガス１６は、たとえばキセノン（Ｘｅ）を主成分とするガスである。

透光性部材１５は、平板状に形成された部材であり、後述の放電管用パッケージ１０における凹部１１１の開口周縁部に接合されて設けられており、放電空間１１２を塞いでいる。ここで、透光性部材１５の「透光性」とは、放電空間１１２内における発光によって放射された光の少なくとも一部の波長の光が透過できることをいう。透光性部材１５は、たとえばガラス、サファイア、透光性セラミックスなどの絶縁材料から成る。

透光性部材１５がガラスから成る場合、透光性部材１５は、ガラス接合によって放電管用パッケージ１０の凹部１１１の開口周縁部に固定されている。透光性部材１５がサファイアまたは透光性セラミックスから成る場合、透光性部材１５は、ガラス接合または焼結接合によって放電管用パッケージ１０の凹部１１１の開口周縁部に固定されている。「焼
結接合」とは、凹部１１１の開口周縁部と透光性部材１５とを、接合用治具を使用して被接合面を接触させた状態にて高温処理することにより、セラミック基体１１の凹部１１１に含まれるガラス質を接合材として機能させて接合させることをいう。

放電管用パッケージ１０は、絶縁材料であるセラミックスから成るセラミック基体１１と、陽極１２と、陰極１３と、トリガ電極１４とを含んで構成される。

セラミック基体１１は、上方から見た平面視において略矩形状の、有底筒状に形成された部材であり、放電空間１１２を形成する凹部１１１を有する。セラミック基体１１の形状に関する「有底筒状」とは、矩形平板状の底部と、底部を取り囲むように、該底部の４つの辺部の縁端にそれぞれ立設される、矩形平板状の４つの側部とを有して構成される形状をいう。すなわち、セラミック基体１１において、凹部１１１は、底部と４つの側部とによって形成され、底部と４つの側部とで囲まれる空間が放電空間１１２となる。なお、セラミック基体１１について、平面視における「略矩形状」とは、たとえば、搬送時または実装時などにおける損傷の可能性を低減させることを目的に、４つの角部分が内方へ曲面状に窪んだ構造を有する形状を含む。

陽極１２は、セラミック基体１１の凹部１１１の内面に形成され、後述の陰極１３とともに放電用電極としての機能を有する。「放電用電極」とは、電位差によって不活性ガス１６に絶縁破壊を生じさせて、不活性ガス１６に電流を流すために用いられる電極のことをいう。本実施形態では、陽極１２は、凹部１１１の、矩形状の底面１１１ａにおいて、互いに対向する２つの短辺のうち、一方の短辺の縁端部に形成される。

また、陽極１２は、タングステン（Ｗ）などの高融点金属材料から成る複数の金属粒子を含んで構成される。この陽極１２は、金属粒子以外に、後述の陰極１３と同様に、エミッタ材料（電子放出物質）から成る複数のエミッタ粒子を含んでいてもよい。

陰極１３は、陽極１２と電気的に絶縁されるように、セラミック基体１１の凹部１１１の内面に形成される。本実施形態では、陰極１３は、凹部１１１の、矩形状の底面１１１ａにおいて、互いに対向する２つの短辺のうち、他方の短辺の縁端部に形成される。

また、陰極１３は、タングステン（Ｗ）などの高融点金属材料から成る複数の金属粒子と、エミッタ材料（電子放出物質）から成る複数のエミッタ粒子とを含んで構成される。陰極１３において、エミッタ粒子は、金属粒子間に介在している。具体的には、エミッタ粒子は、金属粒子間に介在する、セラミック基体１１の凹部１１１に含まれるガラス質（金属粒子を構成する高融点金属材料よりも低融点である）内に分散されている。

エミッタ材料は、陰極１３における電子放出特性を向上させるために、高融点金属材料よりも仕事関数が低い材料である。このようなエミッタ材料としては、高融点金属材料である、仕事関数４．５４ｅＶのタングステン（Ｗ）よりも仕事関数が低い、ＬａＢ_６（仕事関数２．６６ｅＶ）、ＢａＯ（仕事関数０．９９ｅＶ）、ＳｒＯ（仕事関数１．２７ｅＶ）、Ｃｓ−Ｗ合金（仕事関数１．３６ｅＶ）、Ｂａ−Ｗ合金（仕事関数１．５６ｅＶ）などが挙げられる。これらの中でも、焼結助剤としての機能を有する、ホウ素原子を含むホウ化物であるＬａＢ_６が、エミッタ材料として特に好ましい。焼成助剤としての機能を有するホウ化物をエミッタ材料として用いることによって、陰極１３においてエミッタ粒子が、金属粒子間に介在する、セラミック基体１１の凹部１１１に含まれるガラス質内に、より均一に分散される。

なお、陽極１２および陰極１３の形成位置については、凹部１１１の底面１１１ａに限定されるものではなく、放電空間１１２内において陽極１２と陰極１３とが互いに対向す
るように、陽極１２と陰極１３とをそれぞれ、凹部１１１の内側面に形成するようにしてもよい。なお、陽極１２および陰極１３は、矩形状であって、平面視して一辺の長さが０．５から１９ｍｍである。

トリガ電極１４は、陽極１２および陰極１３と電気的に絶縁されるように、セラミック基体１１の内部に埋設されている。本実施形態では、トリガ電極１４は、凹部１１１の底面１１１ａ下に埋設されている。

また、トリガ電極１４は、タングステン（Ｗ）などの高融点金属材料から成る複数の金属粒子を含んで構成される。このトリガ電極１４は、金属粒子以外に、陰極１３と同様に、エミッタ材料（電子放出物質）から成る複数のエミッタ粒子を含んでいてもよい。なお、トリガ電極１４は、矩形状であって、平面視して一辺の長さが５から１０ｍｍである。

さらに、本実施形態の放電管用パッケージ１０は、セラミック基体１１の外面に、陽極１２に対応した第１の端子１２２と、陰極１３に対応した第２の端子１３２と、トリガ電極１４に対応した第３の端子１４２とが形成されている。

陽極１２と第１の端子１２２とは、第１の導通路１２１を介して電気的に接続されている。陰極１３と第２の端子１３２とは、第２の導通路１３１を介して電気的に接続されている。トリガ電極１４と第３の端子１４２とは、第３の導通路１４１を介して電気的に接続されている。

第１の導通路１２１、第２の導通路１３１、第３の導通路１４１、第１の端子１２２、第２の端子１３２、および第３の端子１４２は、それぞれ、タングステン（Ｗ）などの高融点金属材料から成る複数の金属粒子を含んで構成され、金属粒子以外に、陰極１３と同様に、エミッタ材料（電子放出物質）から成る複数のエミッタ粒子を含んでいてもよい。

放電管用パッケージ１０は、平面視して一辺の長さが２から２０ｍｍであって、上下方向の長さが０．５から５ｍｍである。また、凹部１１１は、平面視して一辺の長さが０．５から１９ｍｍであって、上下方向の深さが０．４から４．９ｍｍである。

次に、本実施形態に係る放電管１の製造方法について、図５を用いて説明する。図５は、放電管用パッケージ１０を製造するための積層体を示す分解斜視図である。放電管１の製造方法は、成形工程と、印刷工程と、焼成工程と、封入工程とを含んで構成される。図５に示すように、放電管１を構成する放電管用パッケージ１０は、矩形板状の第１のセラミックグリーンシート２１と、矩形板状の第２のセラミックグリーンシート２２と、矩形板状の第３のセラミックグリーンシート２３とを積層させた積層体を用いて、製造される。

成形工程では、加工前の第１のセラミックグリーンシート２１、第２のセラミックグリーンシート２２、および第３のセラミックグリーンシート２３を、予め定められた形状に成形する。たとえば、第１のセラミックグリーンシート２１は、セラミック基体１１の凹部１１１に対応した、厚み方向に貫通する孔部２１１が形成されるように、成形される。また、第２のセラミックグリーンシート２２は、矩形板状のシートにおいて互いに対向する２つの短辺の縁端中央部に、内方へ曲面状に窪んだ第２シート切欠き２２１が形成されるように、成形される。第３のセラミックグリーンシート２３は、矩形板状のシートにおいて互いに対向する２つの短辺の縁端中央部に、内方へ曲面状に窪んだ第３シート切欠き２３１が形成され、１つの長辺の縁端中央部に、内方へ曲面状に窪んだ第３シート切欠き２３２が形成されるように、成形される。

ここで、加工前のセラミックグリーンシートは、従来公知の方法で形成される。たとえば、加工前のセラミックグリーンシートの原料の主成分には、チタニア系酸化物、ジルコン酸系酸化物、およびアルミナ等が用いられる。チタン酸バリウムを主成分とする焼結体を用いる場合には、たとえば、チタン酸バリウム粉末に対して、所定量の酸化マグネシウム粉末、希土類元素の酸化物粉末および酸化マンガン粉末を配合し、さらに、必要に応じて焼結助剤としてガラス粉末を添加して素原量粉末を得る。次に、素原量粉末に有機ビヒクルを加えてセラミックスラリを調製し、次いで、ドクターブレード法またはダイコーダ法などの従来公知のシート成形法を用いて、加工前のセラミックグリーンシートが形成される。

成形工程の後工程である印刷工程では、第２のセラミックグリーンシート２２の一主面上に、陽極１２および陰極１３を印刷する。さらに、第３のセラミックグリーンシート２３の一主面上に、トリガ電極１４を印刷する。図５においては、第３のセラミックグリーンシート２３の一主面上にトリガ電極１４を印刷しているが、第２のセラミックグリーンシート２２における陽極１２および陰極１３の印刷面とは反対側の他主面上に、トリガ電極１４を印刷してもよい。

また、第３のセラミックグリーンシート２３の、第２のセラミックグリーンシート２２と対向する面とは反対側の面上に、第１の端子１２２、第２の端子１３２、および第３の端子１４２を印刷する。また、第２のセラミックグリーンシート２２の一主面上および第２シート切欠き２２１ならびに第３のセラミックグリーンシート２３の第３シート切欠き２３１に、第１の導通路１２１および第２の導通路１３１を印刷する。また、少なくとも第３のセラミックグリーンシート２３の一主面上および第３シート切欠き２３２ならびに必要に応じて第２のセラミックグリーンシート２２の一主面上に、第３の導通路１４１を印刷する。

印刷工程における、陽極１２、陰極１３、トリガ電極１４、第１の端子１２２、第２の端子１３２、第３の端子１４２、第１の導通路１２１、第２の導通路１３１、および第３の導通路１４１は、高融点金属材料であるタングステン（Ｗ）などの金属粒子、およびエミッタ材料であるＬａＢ_６などのエミッタ粒子に、予め定める有機バインダおよび溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、従来公知のスクリーン印刷法を用いて印刷することによって、形成される。

金属ペーストを調整する際は、エミッタ粒子が均一に分散するために、三本ロール、ミキサー、ジェットミル等により調合しておく。なお、金属粒子とエミッタ粒子との配合割合は、例えば金属粒子に対して１から５％に設定されている。

印刷工程の後工程である焼成工程では、第１のセラミックグリーンシート２１、第２のセラミックグリーンシート２２、および第３のセラミックグリーンシート２３を、陽極１２および陰極１３が第１のセラミックグリーンシート２１の孔部２１１内に含まれ、トリガ電極１４が第２のセラミックグリーンシート２２および第３のセラミックグリーンシート２３に挟持されるように、積層して積層体を形成する。次に、積層させた積層体を焼成することによって、放電管用パッケージ１０を製造する。

焼成工程における積層体の焼成条件としては、昇温速度を５℃／ｈから３００℃／ｈとして、脱脂を５００℃までの温度範囲で行い、次いで、昇温速度を２５℃／ｈから１０００℃／ｈとして、水素および窒素の混合ガスの還元雰囲気中にて１４００℃から１６００℃の温度範囲で０．５時間から４時間焼成する。

ここで、焼成条件としては、陰極におけるエミッタ粒子の分散性を維持するために、脱
脂工程における昇温速度を１００℃／ｈ以下とすることで、有機バインダおよび溶剤に由来する残留物を低減させ、エミッタ粒子が沈殿したりすることで、偏るのを抑制することができる。

焼成工程の後工程である封入工程では、たとえばキセノン（Ｘｅ）を主成分とする不活性ガス雰囲気下において、放電管用パッケージ１０のセラミック基体１１における凹部１１１の開口周縁部を、透光性部材１５と密着させ、凹部１１１と透光性部材１５とで囲まれる密閉空間に、不活性ガスを封入する。凹部１１１の開口周縁部と透光性部材１５との密着には、透光性部材１５に用いるガラスより融点の低いガラスが用いられる。

上記成形工程、印刷工程、焼成工程、および封入工程を経ることにより、本実施形態に係る放電管１を製造することができる。

本実施形態の放電管用パッケージ１０によれば、陰極１３が、高融点金属材料から成る複数の金属粒子と、エミッタ材料から成る複数のエミッタ粒子とを含んで構成されているので、放電中に陰極１３の一部が飛散することを抑制することができる。

さらに、陰極１３がエミッタ粒子を含んで構成されていることによって、放電開始電圧を低下させることができ、放電管１の長寿命化を図ることができる。

さらにまた、陰極１３において、エミッタ粒子は、金属粒子間に介在する、セラミック基体１１の凹部１１１に含まれるガラス質内に分散されているので、放電時の熱拡散により、陰極１３の最表面にエミッタ粒子が供給された状態となり、放電管１における発光量のばらつきを低減することができる。

また、本実施形態の放電管用パッケージ１０は、陰極１３がエミッタ粒子を含んで構成されているので、従来技術のように、電子放出特性を向上させることを目的として、多孔質焼結体の空孔内にエミッタ材料を含浸させた陰極材を、陰極１３とは別体に設ける必要がない。そのため、放電管用パッケージ１０の小型化、低背化を実現することができる。

また、本実施形態の放電管１によれば、放電中に陰極１３の一部が飛散することを抑制可能な、本実施形態に係る放電管用パッケージ１０を備えているので、放電管１の長寿命化を実現することができる。

１ 放電管
１０ 放電管用パッケージ
１１ セラミック基体
１２ 陽極
１３ 陰極
１４ トリガ電極
１５ 透光性部材
１６ 不活性ガス
２１ 第１のセラミックグリーンシート
２２ 第２のセラミックグリーンシート
２３ 第３のセラミックグリーンシート
１１１ 凹部
１１１ａ 底面
１１２ 放電空間
１２１ 第１の導通路
１２２ 第１の端子
１３１ 第２の導通路
１３２ 第２の端子
１４１ 第３の導通路
１４２ 第３の端子
２１１ 孔部
２２１ 第２シート切欠き
２３１，２３２ 第３シート切欠き

Claims (4)

1. 放電空間を形成する凹部を有するセラミック基体と、
   前記セラミック基体の前記凹部の内面に形成された陽極と、
   前記セラミック基体の前記凹部の内面に形成され、前記陽極と電気的に絶縁された陰極であって、金属材料から成る複数の金属粒子と、前記金属粒子間に介在する、前記金属粒子を構成する前記金属材料よりも低融点である、前記セラミック基体に含まれるガラス質内に分散されているエミッタ材料から成る複数のエミッタ粒子とを含む陰極と、
   前記セラミック基体の内部に埋設され、前記陽極および前記陰極と電気的に絶縁されたトリガ電極と、を備えたことを特徴とする放電管用パッケージ。
2. 前記エミッタ材料は、前記金属材料よりも仕事関数が低い材料であることを特徴とする請求項１に記載の放電管用パッケージ。
3. 前記エミッタ材料は、ホウ素原子を含むホウ化物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電管用パッケージ。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の放電管用パッケージと、
   前記放電管用パッケージの前記凹部によって形成される放電空間内に充填された不活性ガスと、
   前記放電管用パッケージの前記凹部の開口を外囲する、該凹部の開口周縁部に設けられ、放電空間を塞ぐ透光性部材と、を備えたことを特徴とする放電管。

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