JPH0992201A - 含浸型陰極、該陰極の製造方法、及びアークランプ - Google Patents
含浸型陰極、該陰極の製造方法、及びアークランプInfo
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- JPH0992201A JPH0992201A JP26799495A JP26799495A JPH0992201A JP H0992201 A JPH0992201 A JP H0992201A JP 26799495 A JP26799495 A JP 26799495A JP 26799495 A JP26799495 A JP 26799495A JP H0992201 A JPH0992201 A JP H0992201A
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Abstract
した動作ができる含浸型陰極とその製造方法、及びアー
クランプを提供することを目的とする。 【解決手段】 多孔質タングステンを、円錐台状に加工
しで陰極周辺部12を形成し、中心の孔に陰極中心部1
1を圧入する。そしてその外側に易電子放射物質として
のBaO、CaO、Al2O3を6:1:2のmol比に
した化合物を水素炉で約1700℃に加熱溶融し、浸み
込ませる。つぎに、陰極本体13の陰極周辺部12の外
側にタングステン板からなる高融点金属層14を被せ、
下部を溶接して固着すると、本発明の含浸型陰極15と
なる。アーク放電動作させると、陰極周辺部12内に含
浸されている易電子放射物質としてのバリウム酸化物が
溶出して陰極中心部11の先端に移動し、アーク放電が
行われる。
Description
せ、特に高出力動作を行うアークランプ用の含浸型陰極
に関する。
利化された形状をしており、その材料には、大別して、
トリア入りタングステン陰極、タングステン陰極、含浸
型陰極の3種類が使用されてきた。
程度の二酸化トリウムをタングステン中に含有させた材
料を機械加工により図4(a)に示すような先端が鋭利
な形状に加工したものである。
持つタングステン材料を上記と同様に機械加工し、図4
(a)のようにしたものである。
(b)に示すように太く、先端を上記の2種類のものよ
りやや緩い勾配で尖らせた形状に成形し、空孔に易電子
放射物質としてのBaOを始め、CaO、Al2O3を混
合した酸化物を水素ガス中、1700℃程度の高温下で
浸み込ませ たものである。
ンの陰極は、図5(a)に示すように、先端が鋭利化し
た電極1をモリブデン製リボン2にロウ付け、カシメ、
又は溶接等で固着して陰極3としている。
含浸型陰極4をモリブデン製のリード5で支持し、リー
ド5にモリブデン製リボン2を接続して陰極6としたも
のである。
7とともに放電ガスが充填されたガラス管8内に封止さ
れ、アークランプ9となる。
の陰極のいずれかにより行われる。高圧点灯を行うと、
放電の輝点は陰極の鋭利化された先端に集中する。陰極
の先端は放電によって生ずるガスイオンに絶えず叩か
れ、陰極先端が高エネルギで加熱される。この温度上昇
は、放電電流を一定に制御して安定した放電をさせ、発
光させるとき、その放電の陰極降下電圧により変化す
る。この陰極降下電圧は、陰極の電子放出能力により異
なり、その能力が高いと陰極降下電圧は低くなる。すな
わち、電子放出能力が高いと、陰極における温度上昇は
緩和され、陰極への負荷が小さくなる。
力が低いため、高温に加熱され、先端が溶解し、タング
ステンの単結晶が成長して粗大化し、アーク発生点が後
方に下がり、かつ不安定に動き回る。その結果、アーク
の「ゆらぎ」が大きくなり、精密な点光源として不適当
になる。そして、さらに進んで先端が溶解すると、放電
が停止してしまう。トリア入りタングステンにおいて
も、その程度は、緩やかではあるが、同じ現象を生じ
る。
り溶解までは行かないが、内部に含浸しているBaOを
主とする化合物が溶けて陰極全体の表面に噴出し、放電
位置が動いて不安定となる。また、蒸発した含浸剤がラ
ンプのガラス内壁に付着して光の透光率を低下させてし
まう。
を解決し、アークランプの高出力点灯時においても安定
した動作ができる含浸型陰極とその製造方法、及びアー
クランプを提供することを目的としている。
めに本発明は、先端を鋭利化した棒状で多孔質の高融点
金属からなる陰極中心部を、易電子放射物質を含浸させ
た多孔質の高融点金属からなる陰極周辺部に嵌合して陰
極本体とし、該陰極本体の先端部周辺を除いた外側を高
融点金属層で被覆したことを特徴としている。
層が、タングステン、モリブデン、又はイリジウムの単
一若しくは混合又は積層された被膜である構成としても
よい。
金属からなる陰極本体に易電子放射物質を含浸させ、陰
極本体の円錐先端から円錐の中心軸に沿って延びる空洞
路を穿設し、陰極の外側を上記空洞路が開いた状態で高
融点金属層で被覆した構成とすることもできる。
延びる空洞路が、陰極本体を貫通した構成としてもよ
い。
ン、モリブデン、又はイリジウムの単一若しくは混合又
は積層された被膜である構成とすることもできる。
金属の粉末を仮燒結させてから切削加工によって円錐状
の先端を有する陰極本体を形成し、その後、又は本燒結
後にレーザ加工あるいは電子ビーム加工により円錐の先
端から円錐の中心軸に沿った空洞路を穿け、易電子放射
物質を水素炉内で高温化で浸み込ませ、該空洞路が陰極
の先端で開いた状態を保ちつつ陰極本体の外側にスパッ
タリング又はCVDによる高融点金属層を形成すること
を特徴としている。
放電ガスを充填したガラス管内に封入したアークランプ
において、陰極に、上記のいずれかの含浸型陰極を用い
たことを特徴としている。
2は本発明の製造工程を示す図である。
して行われる。陰極中心部11は、空孔率18〜22%
の多孔質タングステン棒(純度99%以上)を図2
(a)に示すように、径φ0.6mm前後の太さに加工
し、先端を鋭利化して形成する。先端の加工は、タング
ステン棒を仮燒結した後に切削加工して行うことができ
る。先端を鋭利化した後、本燒結をする。
に、気孔率20〜28%の多孔質タングステンを、陰極
中心部の場合と同様にして円錐台状に加工した後、図2
(c)に示すように中心部に、陰極中心部と同じ太さの
φ0.6mmの孔をレーザビーム等により孔穿け加工し
て形成する。この孔穿け加工は本燒結前後のいつでもよ
い。また、レーザービーム加工に代えて電子ビーム加工
とすることもできる。こうしてできた円錐台状の多孔質
タングステンに、易電子放射物質としてのBaO、Ca
O、Al2O3を6:1:2のmol比にした化合物を水
素炉で約1700℃に加熱溶融し、浸み込ませる。そし
てこの陰極周辺部12に、上記の陰極中心部11を圧入
して嵌合し、図2(d)に示す陰極本体13ができあが
る。この陰極周辺部12は、直接電子放出を行わないの
で、タングステンを使用した含浸型陰極でなくてもよ
く、BaOを含む化合物をモリブデン等の高溶融金属の
多孔質体に浸み込ませたものでもよい。
外側にタングステン板からなる高融点金属層14を被
せ、下部を溶接して固着すると、図1に示す本発明の含
浸型陰極15となる。このタングステン板4は厚さ0.
02〜0.1mmのものを使用する。また、この高融点
金属層14はタングステンの他に、モリブデン、又はイ
リジウムの単一被膜若しくはタングステン、モリブデ
ン、イリジウムの混合又は積層された被膜でもよい。ま
た、金属の板を貼り付ける代わりに、スパッタリングに
より0.02〜0.1mmの厚さの被覆を形成してもよ
い。なお、図1では、高融点金属層14は陰極周辺部1
2の外側のみを被覆しているが、陰極中心部11の頂点
を避ければ、金属層4が陰極中心部11を被覆してもよ
い。
組み合わせ、ガラス管の中に封入し、放電ガスを充填し
てアークランプが出来上がる。このアークランプをアー
ク放電動作させると、陰極中心部11はタングステンの
みで構成されているので、陰極周辺部12内に含浸され
ている易電子放射物質としてのバリウム酸化物が蒸発し
て陰極中心部11の先端に移動し、アーク放電が行われ
る。
が、陰極周辺部12から易電子放射物質が供給され続け
るので、電子放出能力が高く、タングステン等の高融点
金属の単結晶が粗大化する温度にまでは達しない。ま
た、陰極周辺部12内に含浸されている酸化化合物も、
高融点金属層14があるので周辺に蒸発することを抑制
される。したがって、アークの「ゆらぎ」も起こらず、
酸化物がガラス管に付着して透光度を低下させることも
なくなる。
体20は、図2に示す陰極周辺部12と同じようにし
て、多孔質の高融点金属(例えばタングステン)を円錐
状に成形し、陰極中心部11の代わりに、陰極本体20
の頂点から底面にかけて円錐の中心軸に沿った空洞路2
1を貫通形成したものである。この空洞路21は、レー
ザー加工(電子ビーム加工でもよい)で穿けることがで
きる。空洞路21の径は、陰極中心部11の径より小さ
く、約φ0.1〜0.5mmとした。このように空洞路
21の開いた陰極本体20に、BaO、CaO、Al2
O3を4:1:1のmol比で混合した酸化化合物を水
素炉にて約1700℃に加熱し、酸化化合物を多孔質の
高融点金属の空孔内に浸み込ませ、含浸型陰極を作成す
る。このとき空洞路21内には、含浸剤(上記の酸化化
合物)が存在していても、いなくてもよい。
体20の外側をタングステン等の高融点金属を高周波ス
パッタリングにより被覆し、高融点金属層22を形成す
る。この膜厚は、陰極本体20を構成する多孔質の孔が
閉塞される厚さが下限で、約1μm以上とする。上限は
上記空洞路21を閉じないように空洞路21の径に合わ
せ調整するわけであるが、理想的には径がφ5μm〜5
0μm程度がよい。本実施例では、φ0.1〜0.5m
mの空洞路21の径に対し、高融点金属層22の膜厚を
20μmとした。これにより、空洞路径は最初の加工径
より小さくなる。すなわち、放電時輝点の径が小さくな
ると同時に、輝点の移動もなく、安定して放電できるこ
とになる。
14,22は、高周波スパッタリングだけでなく、CV
D(化学蒸着法)にて成膜してもよく、また、高融点金
属層14,22としては、タングステン被膜の他に、タ
ングステンとイリジウムとの混合被膜としてもよい。ま
た、空洞炉11は、陰極本体20を貫通しているが、貫
通させない穴としてもよい。
極と組み合わせ、実施例1の場合と同様にしてアークラ
ンプを作成する。このアークランプは、アーク放電によ
り熱の集中する先端部は空洞路21で、高融点金属層2
2により周囲を被覆され、タングステン等の高融点金属
も易電子放射物質としての含浸剤も存在しない。
始時のエネルギにより、陰極の先端が温度上昇し、含浸
剤より蒸発したBaOが中心の空洞路を通り、先端の小
孔を通り、放電の輝点に直接供給される。そのため、含
浸型陰極23の先端は空洞路21ではあるが、通常の含
浸型陰極と同じように、高電子放出能力を持つ。また、
陰極23全体は、高融点金属層22によって被覆されて
いるため、電子放出に関与しない酸化化合物の蒸発が抑
制され、ガラス管に付着することもない。
ば、含浸型陰極の先端には、周辺から易電子放射物質が
供給されるので、陰極先端の温度の上昇を低くすること
ができる。また、含浸型陰極の先端部周辺を除いた外側
を高融点金属層で被覆したので、易電子放射物質の蒸発
が抑えられ、蒸発によるガラス管への付着を防止でき
る。したがって、本発明の含浸型陰極を使用したアーク
ランプは、高出力点灯時においても、「ゆらぎ」のない
安定した発光動作ができる。
図である。
で、(a)は陰極中心部の図、(b)は陰極周辺部の外
形を示す図、(c)は陰極周辺部の縦断面図、(d)は
陰極本体の断面図である。
である。
の図で、(b)は含浸型陰極の図である。
陰極の組立図で、(b)は含浸型陰極の組立図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 先端を鋭利化した棒状で多孔質の高融点
金属からなる陰極中心部を、易電子放射物質を含浸させ
た多孔質の高融点金属からなる陰極周辺部に嵌合して陰
極本体とし、該陰極本体の先端部周辺を除いた外側を高
融点金属層で被覆したことを特徴とする含浸型陰極。 - 【請求項2】 上記陰極本体の外側を被覆する高融点金
属層が、タングステン、モリブデン、又はイリジウムの
単一若しくは混合又は積層された被膜であることを特徴
とする請求項1記載の含浸型陰極。 - 【請求項3】 円錐状先端を有する多孔質で高融点金属
からなる陰極本体に易電子放射物質を含浸させ、陰極本
体の円錐先端から円錐の中心軸に沿って延びる空洞路を
穿設し、陰極の外側を上記空洞路が開いた状態で高融点
金属層で被覆したことを特徴とする含浸型陰極。 - 【請求項4】 上記円錐の先端から円錐の中心軸に沿っ
て延びる空洞路が、陰極本体を貫通していることを特徴
とする請求項3記載の含浸型陰極。 - 【請求項5】 上記高融点金属被膜が、タングステン、
モリブデン、あるいはイリジウムの単一若しくは混合又
は積層された被膜であることを特徴とする請求項1から
4のいずれかに記載の含浸型陰極。 - 【請求項6】 高融点金属の粉末を仮燒結させてから切
削加工によって円錐状の先端を有する陰極本体を形成
し、その後、又は本燒結後にレーザ加工あるいは電子ビ
ーム加工により円錐の先端から円錐の中心軸に沿った空
洞路を穿け、易電子放射物質を水素炉内で高温化で浸み
込ませ、該空洞路が陰極の先端で開いた状態を保ちつつ
陰極本体の外側にスパッタリング又はCVDによる高融
点金属層を形成することを特徴とする含浸型陰極の製造
方法。 - 【請求項7】 陰極と陽極とを放電ガスを充填したガラ
ス管内に封入したアークランプにおいて、 上記陰極に請求項1から5のいずれかの含浸型陰極を用
いたことを特徴とするアークランプ。
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JP26799495A JP3492451B2 (ja) | 1995-09-22 | 1995-09-22 | 含浸型陰極、該陰極の製造方法、及びアークランプ |
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Publications (2)
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JPH0992201A true JPH0992201A (ja) | 1997-04-04 |
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ID=17452440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP26799495A Expired - Lifetime JP3492451B2 (ja) | 1995-09-22 | 1995-09-22 | 含浸型陰極、該陰極の製造方法、及びアークランプ |
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- 1995-09-22 JP JP26799495A patent/JP3492451B2/ja not_active Expired - Lifetime
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