JPH087834A - 光源用放電管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 アーク発生点の移動が発生しにくい、改良さ
れた光源用放電管を提供する。 【構成】 陰極を棒状の高融点金属であって少なくとも
先端部を中空とした導電路９と、導電路９の中空部分に
埋設した電子放射性物質１０とから構成した。また、陰
極を先端が円錐形でかつ後端を中空部とした多孔質タン
グステンと、該多孔質タングステンの中空部に先端部を
嵌合固着した棒状の高融点金属である導電路９と、導電
路９の先端部と前記多孔質タングステン中空部とで形成
される空胴内に封入した電子放射性物質１０とから構成
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光源用放電管、更に詳し
く言えば、キセノンショートランプ等の陰極に改良を施
した光源用放電管に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は光源用放電管の一般的な構造を示
す図である。１は石英製の発光管であり、中央部は中空
の回転楕円体状で、両端が棒状となった電極導入管２
ａ、２ｂとなっている。この中央部に陽極５と陰極６が
それぞれの先端を対向させるように配置封入されてい
る。陽極５と陰極６の外部との電気的接続は、リード４
ａ、４ｂ、モリブデン箔３ａ、３ｂを介して行われる。
リード４ａ、４ｂの一部、モリブデン箔及び陽極５、陰
極６の後端部は電極導入管２ａ、２ｂ内に封止、固定さ
れている。発光管１には製造工程中排気用の管（排気
管）が接続されており、排気管は排気後キセノンガス等
を封入して封じ切られる。７は封じ痕を示し、排気管が
封じ切られた後に残存する突起である。

【０００３】光源用の放電管の陰極６としては、通常２
重量％以下の酸化トリウムを含有したトリエテッドタン
グステン材料または、多孔質タングステン基体にアルミ
ン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類からなる電
子放射性物質を含浸させた陰極先端部を導電路を形成す
る金属棒の一端に固定して陰極を形成して構成する。

【０００４】陽極と対向する前記陰極は、円錐形を有
し、陽極と陰極とは適切な間隔（ギャップ）の基に同軸
上に配置され、この陽極と陰極との間に２０ｋｖ〜３０
ｋｖの電圧を印加すればランプは放電を開始する。この
とき陰極６は放電によって生じる正イオンの衝突によっ
て加熱され、動作中の陰極先端部は、規定のアーク放電
を維持するに必要な電流密度が得られる温度まで上昇す
る。

【０００５】前記の温度領域は、トリエテッドタングス
テン材料の場合、円錐形の先端角θと放電電流とを適当
な比率関係化することで熱的平衡を保つことができる
（図６参照）。また、前記円錐形の含浸型陰極の場合
は、支持金属棒の直径Ｄ１と電子放射性物質を含浸させ
た部分の露出部の長さＬ１とを適当な比率関係化するこ
とで熱的平衡を保つことができる（図７参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来からキセ
ノンショートアークランプの欠点として点灯時間の経過
とともにアークの「ゆらぎ」が大きくなり、分光器用光
源等に用いる場合不都合であるという問題が指摘されて
いる。上記のような陰極先端からの電子放射性物質の絶
対量と温度勾配とが相反する関係にある円錐形陰極で
は、アーク放電を長時間継続すると、電子放射性物質の
拡散性が低下し、電子の供給が不十分となる。その結果
アークの発生点が円錐形陰極の先端部から後退し、後部
に沿って不安定に動きまわる。本発明は、アーク発生点
の移動が発生しにくい、改良された光源用放電管を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１に係る光源用放電管は、陰極を棒
状の高融点金属であって少なくとも先端部を中空とした
導電路と、該導電路の中空部分に埋設した電子放射性物
質とから構成した。また、請求項２に係る光源用放電管
は請求項１の光源用放電管において、前記導電路中空部
の内径Ｄと、前記電子放射性物質埋設位置から前記導電
路先端までの距離Ｌとの比が０．１＜（Ｌ／Ｄ）＜６と
なるように構成した。

【０００８】さらに本発明の請求項３に係る光源用放電
管は、陰極を先端が円錐形でかつ後端を中空部とした多
孔質タングステンと、該多孔質タングステンの中空部に
先端部を嵌合固着した棒状の高融点金属である導電路
と、該導電路先端部と前記多孔質タングステン中空部と
で形成される空胴内に封入した電子放射性物質とから構
成した。また、請求項４に係る光源用放電管は、請求項
３の光源用放電管において、前記導電路の外径ｄと、前
記電子放射性物質埋設位置から前記陰極先端までの距離
ｌとの比が０．０１＜（ｌ／ｄ）＜２の範囲内となるよ
うに構成した。

【０００９】

【作用】導電路の中空部に電子放射性物質を埋設するこ
とにより、放電管動作中、電子放射性物質が導電路の中
空内壁に沿って陰極先端に容易に到達する。電子放射性
物質は陰極先端に移動する間に還元され、導電路の中空
部内壁面にＢａの単原子層を形成し、電子放射を持続す
る。更に陰極輝点の位置の変動が導電路の先端の中空部
内径の範囲内となる。

【００１０】また、電子放射性物質を導電路と多孔質タ
ングステンとで形成する空胴内に封入することによっ
て、放電管の動作中に電子放射性物質の消耗に応じて多
孔質タングステンの細孔中に電子放射性物質が拡散し補
給される。補給された電子放射性物質は陰極表面に出て
くる間に還元され、バリウムの原子となり、陰極表面に
単原子層を生成し、電子放射を持続する。

【００１１】

【実施例】本発明による光源用放電管の実施例の外形は
図５に示したものと変わらない。図１は、請求項１及び
２に係る発明に使用する陰極の実施例を示したものであ
り、外径０．７ｍｍ肉厚０．１ｍｍの中空導電路９を形
成するタングステン管にアルミン酸アルカリ土類である
電子放射性物質１０を埋設してある。

【００１２】中空導電路９の内径をＤとし、電子放射性
物質１０の埋設位置から導電路先端までをＬとすると、
０．１＜（Ｌ／Ｄ）＜６の関係を満足することが望まし
い。この理由は、０．１以下では放電初期に電子放射性
物質の蒸発が起こり易く石英製の発光管内壁を不透明に
することになり、６以上では電子放射性物質の供給がス
ムーズに行われずアークが不安定となる可能性があるこ
とに基づく。なお、本実施例ではＬ／Ｄ＝０．６とし、
電子放射性物質としてアルミン酸バリウムカルシウムを
用い、モル比がＢａＯ：ＣａＯ：Ａｌ₂Ｏ₃＝６：１：２
のものを埋設させた。

【００１３】本実施例では、電子放射性物質が中空導電
路９の中空内壁に沿って陰極の円形先端に容易に達す
る。電子放射性物質は陰極先端に移動する間に還元さ
れ、中空導電路９の中空内壁面にＢａの単原子層を形成
し、そこから放射される電子は符号１１の示すようにな
る。陰極輝点の位置の変動は、導電路の先端のごく限ら
れた円形範囲内でのみ変動するように限定される。この
変動範囲が光学機器の機能として許容範囲内であれば点
灯時間が経過しても不都合は発生しない。

【００１４】図２は、中空導電路の先端を刃形にした応
用例であり、本図において図１と同一の符号は同一また
は相当するものを示す。陰極先端部の肉厚を変化させる
ことは陰極先端部の熱勾配を変化させることと等価であ
り、電子放射の状態を微調整することができるという効
果がある。

【００１５】図３は、請求項３及び４に係る発明に使用
する陰極の実施例を示したものであり、先端を円錐形と
し、直径２．４ｍｍ全長２．４ｍｍの多孔質タングステ
ン１３の後端より穿孔形成した中空部に電子放射性物質
１０を入れ、直径２ｍｍのタングステン棒からなる導電
路１２の先端を前記中空部に圧入したものである。電子
放射性物質１０は図に示すとおり導電路１２と多孔質タ
ングステン１３の中空部とで形成される空胴内に封入さ
れている。

【００１６】多孔質タングステン１３は平均粒径が１μ
ｍ〜１０μｍのタングステン粉末をプレス成形加工し、
真空中または水素雰囲気中で焼成したものであり、空孔
率は１０〜４０％である。平均粒径１μｍ〜１０μｍと
したのは成形容易とするためで、空孔率１０〜４０％と
したのは１０％未満では電子放射性物質の良好な拡散性
が得られず、４０％を越えると電子放射性物質の蒸発量
過多で短寿命化するためである。

【００１７】導電路１２の外径をｄ、電子放射性物質１
０の埋設位置から陰極先端までをｌとすると、０．０１
＜（ｌ／ｄ）＜２の関係にすることが望ましい。この理
由は、０．０１以下では放電初期に電子放射性物質の蒸
発が起こり易く石英製の発光管内壁を不透明にすること
になり、２以上では、電子放射性物質の供給がスムーズ
に行われずアークが不安定となる可能性があることに基
づく。なお、この実施例では、ｌ／ｄ＝０．２とし、電
子放射性物質としてアルミン酸バリウムカルシウムを用
い、モル比がＢａＯ：ＣａＯ：Ａｌ₂Ｏ₃＝６：１：２の
ものを埋設させた。

【００１８】本実施例では、電子放射性物質１０が導電
路１２と多孔質タングステン１３の中空部とで形成され
る空胴内に貯蔵可能で、放電管の動作中に電子放射性物
質の消耗に応じて適宜電子放射性物質の補給が成され、
容易に陰極先端へ到達するので、点灯時間が経過しても
陰極輝点の位置の変動は少なく、不都合は発生しないと
いう効果がある。

【００１９】図４は図３に示した例の応用例であり、本
図において図３と同一の符号は同一または相当するもの
を示す。機械加工で設けた導電路１２の先端の凹部に、
中空部に電子放射剤１０を入れた多孔質タングステン１
３を嵌挿・固着した構造となっている。本実施例におい
ても図３に示したものと同様の理由で、０．０１＜（ｌ
／ｄ）＜２の関係を満たしていることが望ましい。

【００２０】以上、実施例について述べたが、本発明は
これに限らず種々の変更が可能である。例えば、上記実
施例で導電路を全て中空のタングステン管としたが、先
端部のみ中空のタングステン管でも良く、モリブデン管
でも良い。中空部は求めるライフサイクルに応じた電子
放射性物質の量が十分入る深さまで穿設すれば良く、導
電路は放電管の動作時の高温に十分耐え得る高融点金属
であれば良い。但し、上記実施例でタングステンとした
のはそれ自体アルミン酸アルカリ土類の還元作用がある
ためで、還元作用の無い高融点金属を使用する場合、適
宜還元剤を含有させることが肝要である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、棒状の高融点金属
からなる導電路の少なくとも先端部を中空とし、その中
に電子放射性物質を埋設して陰極を形成したので、放電
初期から寿命末期にかけて輝点の移動が極く限られた範
囲の光源用放電管を提供することができる。更に導電路
中空部内径Ｄと電子放射性物質埋設位置から陰極先端ま
での間隔Ｌとの関係を０．１＜（Ｌ／Ｄ）＜６とするこ
とによって、安定した放電を維持することができる。

【００２２】また、先端が円錐形でかつ後端を中空部と
した多孔質タングステンの中空部に棒状高融点金属であ
る導電路の先端部を嵌合固着し、導電路先端部と多孔質
タングステン中空部で形成する空胴内に電子放射性物質
を封入したので、電子放射性物質の消耗に応じ十分な量
の電子放射性物質の供給が成され、陰極先端部の変形変
質が防止でき、放電初期から寿命末期にかけて輝点の移
動が少ない光源用放電管を提供することができる。更に
導電路外径ｄと電子放射性物質埋設位置から陰極先端ま
での間隔ｌとの関係を０．０１＜（ｌ／ｄ）＜２とする
ことによって安定した放電を維持することができる。

【００２３】総じて、本発明によれば電子放射性物質の
埋設量を適宜に選択することができるので、ライフサイ
クルの制御が容易であり、長寿命化した光源用放電管の
提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用する中空導電路をもつ陰極の実施
例を示す図である。

【図２】本発明に使用する中空導電路をもつ陰極の他の
実施例を示す図である。

【図３】本発明に使用する多孔質タングステンの先端部
をもつ陰極の実施例を示す図である。

【図４】本発明に使用する多孔質タングステンの先端部
をもつ陰極の他の実施例を示す図である。

【図５】従来の放電管を示す図である。

【図６】従来の放電管に使用する陰極を示す図である。

【図７】従来の放電管に使用する陰極を示す図である。

【符号の説明】

１、発光管 ２ａ、２ｂ、電極導入管 ３ａ、３ｂ、モリブデン箔 ４ａ、４ｂ、外部リード ５、陽極 ６、陰極 ６ａ、陰極先端部 ６ｂ、陰極先端部 ７、封じ痕 ８、導電路 ９、中空導電路 １０、電子放射性物質 １１、電子ビーム １２、導電路 １３、多孔質タングステン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する陰極と陽極とを放電ガス雰囲気
   中に封入してアーク放電を行わせる光源用放電管におい
   て、前記陰極は棒状の高融点金属であって少なくとも先
   端部を中空とした導電路と、該導電路の中空部分に埋設
   した電子放射性物質とからなることを特徴とする光源用
   放電管。
2. 【請求項２】 前記導電路中空部内径Ｄと、前記電子放
   射性物質埋設位置から前記導電路先端までの間隔Ｌとの
   比が０．１＜（Ｌ／Ｄ）＜６の範囲内であることを特徴
   とする請求項１に記載の光源用放電管。
3. 【請求項３】 対向する陰極と陽極とを放電ガス雰囲気
   中に封入してアーク放電を行わせる光源用放電管におい
   て、前記陰極は、先端が円錐形でかつ後端を中空部とし
   た多孔質タングステンと、該多孔質タングステンの中空
   部に先端部を嵌合固着した棒状高融点金属の導電路と、
   該導電路先端部と前記多孔質タングステン中空部とで形
   成される空胴内に封入した電子放射性物質とからなるこ
   とを特徴とする光源用放電管。
4. 【請求項４】 前記導電路外径ｄと、前記電子放射性物
   質埋設位置から前記陰極先端までの間隔ｌとの比が０．
   ０１＜（ｌ／ｄ）＜２の範囲内であることを特徴とする
   請求項１に記載の光源用放電管。