JPH0652827A

JPH0652827A - ホロー電極放電灯

Info

Publication number: JPH0652827A
Application number: JP20266892A
Authority: JP
Inventors: Katsuhide Misono; 勝秀御園; Miho Saito; 美保斉藤
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1992-07-29
Filing date: 1992-07-29
Publication date: 1994-02-25

Abstract

(57)【要約】【目的】エミッタの脱落を防止してホロー電極に多量の
エミッタを保持することができ、寿命特性が向上するホ
ロー電極放電灯を提供する。【構成】バルブ１の端部に電極４を封装し、この電極は
内部に形成された中空部７を放電空間２に向けて開口し
たホロー電極であり、このホロー電極に熱電子放射物質
１０を保持させたホロー電極放電灯において、上記ホロ
ー電極には中空部の内面または外面に、上記熱電子放射
物質の保持を補助するメッシュスリーブ１１を取着した
ことを特徴とする。【作用】ホロー電極に付着されたエミッタはホロー電極
との結合強度が増し、脱落が防止され、多量のエミッタ
を保持させることができ、エミッタの枯渇に原因する寿
命時間を長くすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高融点金属からなるホ
ロー電極を用いた放電灯に係り、その電極構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近、液晶表示装置のバックライトや、
複写機やファクシミリ等のようなＯＡ機器における原稿
読取り用光源およびメ−タの照明光源などに、小形のけ
い光ランプが使用されている。この種のけい光ランプ
は、機器の内部で使用されるので発熱が少なく、高輝度
であり、かつ所定の発光長を必要とする等の条件があ
る。これらの条件を実現するに、例えば、バルブの外径
を３〜４．５mm程度の細径にし、バルブ長さを５０〜３
００mm程度にする必要があり、かつ高輝度を得るために
は数１０ｍＡ以上のランプ電流を流す必要がある。

【０００３】しかしながら、このようなランプにおい
て、従来のようなコイル形フィラメント電極を使用する
と、コイルフィラメントを小形化せざるを得ないので電
極面積が不足するとともに、大きな陰極降下電圧を生
じ、この陰極降下電圧のために電極温度が高くなり、電
極物質が激しく飛散してバルブを早期に黒化させる。ま
た、この種のフィラメント電極は、これに保持される熱
電子放射物質（エミッタ）の保持量が相対的に少なくな
り、よって早期に枯渇し易い。すなわち、通常のコイル
フィラメントには、表面にバリウムＢａ、カルシウムＣ
ａ、ストロンチウムＳｒ等の炭酸塩からなるエミッタを
塗布してあり、このエミッタが点灯中に熱電子を放出
し、これによりランプ電圧を引き下げ、発光効率の向上
に寄与している。このようなエミッタはフィラメントの
表面に塗布されているが、フィラメントが小形になると
エミッタを塗る表面積が小さく、エミッタの保持量が少
なくなる。このため、寿命初期には円滑な電子放出作用
をなしていても、使用時間の経過にともなってエミッタ
が消費されて枯渇してしまい、熱電子の放出ができなく
なり、早期に点灯不能になる不具合がある。さらにフィ
ラメント電極の場合は、予熱式始動となるので格別な予
熱始動回路が必要になる。

【０００４】このようなことから、最近、電極としてコ
イルフィラメントに代わってホロー電極を用いる研究が
進められている。ホロー電極（ホローカソード）は、高
融点金属ワイヤをコイル形に巻回して全体を円筒構造に
したり、高融点金属をスリーブ形に成形するなどの構成
により、内部に形成された中空部を放電空間に向けて開
口した構造をもち、その内表面および外表面にエミッタ
を塗布することができ、フィラメント電極に比べてエミ
ッタの保持量を多くすることができる。

【０００５】しかも、この種のホロー電極を用いたラン
プは、始動電圧の印加により冷陰極モードとなって負グ
ロー放電を発生し、これにより電極を加熱してエミッタ
から熱電子を放出させ、これがアーク放電に移行して主
放電となるから、格別な予熱始動回路が不要であり、か
つ放電中に中空部内にエミッタが放出されても、電極の
外に出難いからバルブ壁に付着する割合が少なく、バル
ブの早期黒化を防止する等の利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなホロー電極においても、ランプの小形化に伴って電
極が小形化されるからエミッタの保持量が相対的に少な
くなり、寿命特性が低下する。寿命を長くするためには
エミッタの保持量を多くする必要があるが、電極が小形
であるから表面積に制約を受ける。このため電極の表面
にエミッタを厚く付着させなければならない。しかし、
このようにすると、振動や衝撃または熱膨脹・収縮によ
りエミッタが電極から剥がれ、脱落する心配がある。

【０００７】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするところは、エミッタの脱落を
防止してホロー電極に多量のエミッタを保持することが
でき、寿命特性が向上するホロー電極放電灯を提供しよ
うとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の１番目は、バル
ブの端部に電極を封装し、この電極は高融点金属ワイヤ
をコイル形に巻回して内部に形成された中空部を放電空
間に向けて開口したホロー電極であり、このホロー電極
に熱電子放射物質を保持させたホロー電極放電灯におい
て、上記ホロー電極には中空部の内面または外面に、上
記熱電子放射物質の保持を補助するメッシュスリーブを
取着したことを特徴とする。

【０００９】本発明の２番目は、バルブの端部に電極を
封装し、この電極は高融点金属をスリーブ形にして内部
に形成された中空部を放電空間に向けて開口したホロー
電極であり、このホロー電極の内部に熱電子放射物質を
保持させたホロー電極放電灯において、上記ホロー電極
の中空部に仕切部材を設けてこの中空部を複数の空間に
区画し、これら区画室にそれぞれ熱電子放射物質を充填
したことを特徴とする。

【００１０】本発明の３番目は、バルブの端部に電極を
封装し、この電極は高融点金属をスリーブ形にして内部
に形成された中空部を放電空間に向けて開口したホロー
電極であり、このホロー電極の内部に熱電子放射物質を
保持させたホロー電極放電灯において、上記ホロー電極
の上記開口部に熱電子放射物質の脱落を防止する格子ま
たはメッシュ等の保持部材を設けたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明の１番目および２番目によると、ホロー
電極に付着されたエミッタはホロー電極との接触面積が
増えて電極との結合強度が増し、よって脱落が防止され
る。このため、多量のエミッタを電極に保持させること
ができ、エミッタの枯渇に原因する寿命時間を長くする
ことができる。

【００１２】また、本発明の３番目によると、中空部に
充填されたエミッタは中空部の開口部に設けられた保持
部材により押さえられて脱落が防止される。よって、こ
の場合も多量のエミッタを電極に保持させることがで
き、エミッタの枯渇に原因する寿命時間を長くすること
ができる。

【００１３】

【実施例】以下本発明について、図１および図２に示す
第１の実施例にもとづき説明する。

【００１４】図１において１はバルブであり、外径が５
〜８mm程度の細径をなし、電極間距離が１００〜３００
mm程度となるような直管形ガラスチューブによって形成
されている。バルブ１の両端は封止されており、内部に
放電空間２を構成しているとともに、このバルブ１の内
面にはけい光体被膜３が形成されている。

【００１５】バルブ１の両端部には電極４、４が封装さ
れている。これら電極４の詳細は図２に示されており、
５はリード線を兼ねた電極軸であり、ニッケルまたはタ
ングステン等の高融点金属ワイヤにて構成されており、
バルブ１の端部を気密に貫通されている。この電極軸５
の先端にはホロー陰極体６が接続されている。

【００１６】ホロー陰極体６は密着巻きコイルからな
り、本実施例の場合、タングステンＷからなる１次コイ
ル６１と、同じくタングステンＷからなる２次コイル６
２とを密着して巻回することにより全体として円筒形を
なすように形成されている。１次コイル６１は、例えば
線径の１２０％のピッチでコイリングした密巻部６１ａ
と、これに続く線径の３００〜５００％のピッチでコイ
リングした粗巻部６１ｂとを有している。この密巻部６
１ａは内部に中空部７を形成し、その外側に上記２次コ
イル６２が、１次コイル６１の各線間を塞ぐようにして
巻回されており、したがって、上記密巻部６１ａと上記
２次コイル６２とでエミッタの保持凹部８を構成してお
り、この保持凹部８は中空部７に臨んでいる。

【００１７】そして、粗巻部６１ｂ内にはＴｉ−Ｈｇの
アマルガムなどからなる水銀放出構体９が嵌合されてい
るとともに、前記リード線を兼ねた電極軸５がスポット
溶接などの手段で接合されている。このため上記密巻部
６１ａの内部に形成された中空部７はその先端の開口部
が放電空間２に臨まされているとともに、後端は上記水
銀放出構体９により閉塞されている。なお、水銀放出構
体９にはＺｒ−Ａｌなどのゲッターが付着されている。

【００１８】このように構成された上記ホロー電極体６
の中空部７には、上記密巻部６１ａと２次コイル６２と
で構成したエミッタ保持凹部８に位置して、熱電子放射
物質（エミッタ）１０が付着されている。エミッタ１０
は、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ等の中から選ばれた少なくとも１
種の炭酸塩（アルカリ土類金属の酸化物）、またはＢａ
₃ＷＯ₆やＢａ₂ＣａＷＯ₆（アルカリ土類金属のタン
グステン酸塩）などが用いられる。

【００１９】そして、この中空部７には、タングステン
Ｗ、チタンＴｉ、タンタルＴａ、ジルコニウムＺｒなど
の高融点金属からなるメッシュ１１がスリーブ形をなし
て嵌合されている。このメッシュスリーブ１１は、ホロ
ー電極体６の中空部７の内面に当接し、上記エミッタ１
０にも接触している。なお、バルブ１内にはアルゴンな
どの希ガスが１０〜１００Torr程度封入されている。

【００２０】このような構成のけい光ランプにおいて
は、１０〜３０ｍＡで点灯されるようになっており、ラ
ンプの始動時に両電極４、４間に始動電圧を印加する
と、電極４、４は予熱されていないので、冷陰極モード
となり、負グロー放電を発生する。この負グロー放電
は、電極４を加熱して電極温度を上昇させ、エミッタ１
０を所定動作温度に加熱して電子の放出を促し、またこ
の負グロー放電は中空部７内で紫外線を発してエミッタ
１０を刺激し、これによっても電子の放出を促す。この
ような電子の放出による、負グローからアーク放電への
移行が行われる。

【００２１】なお、この場合、中空部７にエミッタが放
出されるが、放出されたエミッタはコイル形の壁によっ
て電極４の外部へ飛散するのが防止され、バルブ壁に付
着する割合が少なくなる。このためバルブの黒化を防止
する。

【００２２】そして、主アーク放電に移ると電極４は所
定の温度に達し、エミッタ１０を加熱して熱電子を放出
させ熱陰極モードとなる。この場合、中空部７の表面に
露出しているエミッタ１０が大量の熱電子を放出する。
このため陰極降下電圧を引き下げるようになり、ランプ
電圧を引き下げ、ランプの立ち消えや電極物質やエミッ
タなどの飛散を軽減するとともに、比較的大きなランプ
電流が流れて高輝度の発光を可能にする。

【００２３】そして、上記実施例の場合、ホロー陰極６
の中空部７の内面に、エミッタ１０の保持を補助するメ
ッシュスリーブ１１を取着したので、エミッタ１０がメ
ッシュスリーブ１１によりコイル部に押付けられるとと
もに、エミッタ１０とメッシュスリーブ１１との接触面
積が増えるから、エミッタ１０の保持強度が強くなり、
振動や衝撃または熱収縮・膨脹等を受けてもエミッタ１
０が保持凹部８から剥がれて脱落することが防止され
る。

【００２４】このため、保持凹部８に多くのエミッタ１
０を保持させることができるようになり、長期に亘りエ
ミッタ作用を持続することができ、エミッタの枯渇によ
るランプ寿命の延長が可能になる。

【００２５】そして、エミッタ１０の保持量を増加させ
るために、１次コイル６１の線径を太くした場合は熱伝
導損が増えてアークスポットが一定の場所に発生せずに
安定しなくなる心配があるが、上記の構成によると、格
別に１次コイル６１の線径を太くする必要がないから、
ア−クスポットも安定する。

【００２６】また、メッシュスリーブ１１の素材として
チタンＴｉを用いると還元作用により、タングステンに
比べてＢａ₃ＷＯ₆やＢａ₂ＣａＷＯ₆からＢａを分離
し易くなり、遊離バリウムが生成されて電子の放出機能
が向上する。

【００２７】なお、具体的寸法を記すと、１次コイル６
１は、１００ＭＧのタングステンワイヤを１２０％のピ
ッチで巻回し、２次コイル６２は３０ＭＧのタングステ
ンワイヤを密着して巻回してあり、ホロー電極体の中空
部７の内径を１mm、密巻部６１ａの長さは２mm、粗巻部
６１ｂの長さは３mmとしてある。この中空部７の内面に
Ｂａ₃ＷＯ₆のエミッタ１０を塗布し、Ｈ₂の雰囲気中
で略１５５０℃の温度で約１時間加熱して焼成する。中
空部７には３００メッシュのチタンからなるメッシュス
リーブ１１を嵌合してある。また、水銀放出構体９はバ
ルブの封止後に外部から高周波誘導加熱して水銀の放出
を行う。この時、エミッタ１０の活性化も同時に行うこ
とができる。

【００２８】なお、上記実施例の場合、メッシュスリー
ブ１１をホロー電極体６の中空部７の内面に嵌合した
が、ホロー電極体６の外面にエミッタ１０を保持させた
場合は、メッシュスリーブをホロー電極体６の外面に設
けてもよい。

【００２９】また、上記実施例の場合、ホロー電極体を
密着コイルにより構成したが、ホロー電極体はスリーブ
形状体によって構成してもよく、この場合の例を図３お
よび図４に示す第２の実施例にもとづき説明する。

【００３０】図３に示すけい光ランプは、バルブ１の両
端がステム２０、２０により閉封されており、このため
バルブ１の内部に放電空間２が構成されている。ステム
２０にはリード線２１、２１が気密に貫通されている。
これらリード線２１、２１にはホロー電極体２２、２２
が接続されている。ホロー電極体２２はタングステンＷ
からなる円筒形状をなしており、内部に中空部が形成さ
れている。但し、本実施例の場合、内部の中空部が複数
の仕切り壁２３…により複数の区画室２４…に分割され
ている。仕切り壁２３…はホロー電極体２２と一体をな
している。そして、上記複数の区画室２４…にはそれぞ
れエミッタ１０が充填されている。

【００３１】このような構成の場合は、中空部の略全空
間にエミッタ１０を充填できるので、エミッタ１０の保
持量がきわめて多くなる。このため、短時間にエミッタ
１０が枯渇するのが防止され、ランプの寿命が長くな
る。

【００３２】しかも、エミッタ１０は仕切り壁２３…に
より区画された複数の小部屋、つまり区画室２４…に充
填してあるから、仕切り壁２３…が存在しない場合に比
べてホロー電極体２２に対する接触面積が多くなり、こ
のためエミッタ１０とホロー電極体２２の接合強度が高
く、エミッタ１０の脱落が防止される。

【００３３】また、バルブ１の封止後に外部から高周波
誘導加熱、または赤外線加熱によりホロー電極体２２を
加熱してエミッタ１０の熱分解および活性化を促す場
合、仕切り壁２３…が存在しているのでホロー電極体２
２の周囲壁の熱が仕切り壁２３…を通じて中央部のエミ
ッタ１０まで伝達され、中空部の中心部に存在するエミ
ッタ１０の温度上昇が促されるので熱分解および活性化
が良好になされる。このため、エミッタ１０として、Ｂ
ａ、Ｃａ、Ｓｒ等の炭酸塩（アルカリ土類金属の酸化
物）に比べて熱電子放射特性に優れ、しかしながら加熱
処理により熱分解および活性化する必要のあるＢａ₃Ｗ
Ｏ₆やＢａ₂ＣａＷＯ₆（アルカリ土類金属のタングス
テン酸塩）などを用いることができる。図５は本発明の
第３の実施例を示す。

【００３４】本実施例は、基本的構造が図４のホロー電
極体２２と同様であるが、図４の場合と異なる点は、ホ
ロー電極体２２の基体２２ａが多孔質の高融点金属、例
えば焼結金属からなり、この基体２２ａに形成された多
数の気孔内にもエミッタ３０を含浸して保持させたこと
である。

【００３５】このようにすれば、仕切り壁２３…により
分割された区画室２４…に充填されたエミッタ１０に、
基体２２ａの気孔内に含浸されたエミッタ３０が加算さ
れるからエミッタの保持量が一層増加する。この場合、
基体２２ａの気孔内に含浸されたエミッタ３０はＢａ₃
ＷＯ₆やＢａ₂ＣａＷＯ₆などのアルカリ土類金属のタ
ングステン酸塩がよく、仕切り壁２３…により分割され
た区画室２４…に充填されたエミッタ１０はＢａ、Ｃ
ａ、Ｓｒ等の炭酸塩（アルカリ土類金属の酸化物）がよ
い。つまり、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ等の炭酸塩は格別な加熱
処理により熱分解および活性化する必要がないので、内
部の中空部に収容して加熱不足であっても、熱電子の放
出機能を良好になし得る。

【００３６】また、ホロー電極体２２の仕切り壁２３の
数や配置等は図６の（Ａ）図に示す第４実施例や、
（Ｂ）図に示す第５実施例のように、種々の変形が可能
であり、また外形も円筒には限らず、角形などの形状で
あってよい。

【００３７】さらには、筒形のホロー電極体２２の場
合、図７に示す第６の実施例のように、前面の開口部の
みに格子５０やメッシュを設けてエミッタ１０の脱落を
防止するようにしてもよい。さらに、封入ガスはアルゴ
ンに限らず、Ｘｅ、Ｎｅ、Ｈｅなどを適宜組合せて混合
したガスであってもよい。そしてまた、本発明はけい光
ランプに限らず、水銀を封入しない希ガス放電灯の場合
でも実施可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ホ
ロー電極に保持されたエミッタはホロー電極との結合強
度が増し、脱落が防止される。このため、多量のエミッ
タを電極に保持させることができ、エミッタの枯渇に原
因する寿命時間を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すけい光ランプの断
面図。

【図２】同実施例のホロー電極を拡大した断面図。

【図３】本発明の第２の実施例を示すすけい光ランプの
断面図。

【図４】同実施例のホロー電極の斜視図。

【図５】本発明の第３の実施例を示すホロー電極の斜視
図。

【図６】（Ａ）図は本発明の第４の実施例を示すホロー
電極の正面図、（Ｂ）図は本発明の第５の実施例を示す
ホロー電極の正面図。

【図７】本発明の第６の実施例を示すホロー電極の斜視
図。

【符号の説明】

１…バルブ、４…電極、５…電極軸、６…ホロー電極
体、７…中空部、９…水銀放出構体、１０…熱電子放射
物質（エミッタ）、１１…メッシュスリーブ、２１…リ
ード線、２２…ホロー電極体、２３…仕切り壁、２４…
区画室、５０…格子、６１、６２…コイル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バルブの端部に電極を封装し、この電極
は高融点金属ワイヤをコイル形に巻回して内部に形成さ
れた中空部を放電空間に向けて開口したホロー電極であ
り、このホロー電極に熱電子放射物質を保持させたホロ
ー電極放電灯において、上記ホロー電極には中空部の内面または外面に、上記熱
電子放射物質の保持を補助するメッシュスリーブを取着
したことを特徴とするホロー電極放電灯。
【請求項２】バルブの端部に電極を封装し、この電極
は高融点金属をスリーブ形にして内部に形成された中空
部を放電空間に向けて開口したホロー電極であり、この
ホロー電極の内部に熱電子放射物質を保持させたホロー
電極放電灯において、上記ホロー電極の中空部に仕切部材を設けてこの中空部
を複数の空間に区画し、これら区画室にそれぞれ熱電子
放射物質を充填したことを特徴とするホロー電極放電
灯。
【請求項３】上記スリーブ形のホロー電極は、少なく
ともスリーブ部分が多孔質の高融点金属に熱電子放射物
質を含浸させて構成してあることを特徴とする請求項２
に記載のホロー電極放電灯。
【請求項４】バルブの端部に電極を封装し、この電極
は高融点金属をスリーブ形にして内部に形成された中空
部を放電空間に向けて開口したホロー電極であり、この
ホロー電極の内部に熱電子放射物質を保持させたホロー
電極放電灯において、上記ホロー電極の上記開口部に熱電子放射物質の脱落を
防止する格子またはメッシュ等の保持部材を設けたこと
を特徴とするホロー電極放電灯。