JPH11288689A - 放電管用の電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電の安定性、長寿命、製造の容易さなどを
矛盾することなく実現することが可能な放電管用の電極
を提供する。 【解決手段】 陰極と、陽極とを対向させて放電ガス雰
囲気中に封入し、両電極間でアーク放電を行わせる放電
管用の電極において、その陰極２は、多孔質の高融点金
属に易電子放射物質を含浸させた含浸型もしくは高融点
金属に易電子放射物質を含有させて焼結させた焼結型金
属からなり、陽極に対向する先端部に尖頭を有する金属
基体２２１と、この金属基体２２１の尖頭部の先端のみ
を露出させてこの金属基体の表面を覆っている炭化物化
合物製の被覆２２２と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に光源用として
用いられる光源用放電管の電極に関し、特に、キセノン
ランプ、キセノン水銀ランプなどの光源用放電管の電極
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば特公昭６３−６０４９８号（従来例１）、特公平
５−８６０２６号（従来例２）、特開平４−１３７３４
９号（従来例３）、特開平４−１７９０４５号（従来例
４）、特開平９−１１５４７８号（従来例５）の各公報
に開示された技術が知られている。

【０００３】従来例１では、多孔質のタングステンなど
からなる金属基体に、アルカリ土類金属などの易電子放
射物質を含ませた陰極を有する光源用放電管が開示され
ている。これにより、易電子放射物質を含ませた金属電
極を用いたことにより、安定でしかも良好な放電が実現
できる、と記載されている。

【０００４】従来例２では、二酸化トリウム等をドーピ
ングしたタングステン電極の先端のみを露出させてカー
バイド層でコーティングする技術が開示されている。こ
れにより、アークが安定し、電極先端の破壊を防止する
ことができる、と記載されている。

【０００５】従来例３及び従来例４では、陰極の先端以
外を炭化処理し、ランプ電流を制御する技術が開示され
ている。これによれば、アークの安定が増し、長寿命化
が図れる、と記載されている。

【０００６】従来例５では、陰極の外表面に多孔質層を
焼結する技術が開示されている。これによれば、陰極の
消耗が少なくなり、アーク放電の位置が安定すると、記
載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来か
ら、光源用放電管の陰極に関しては様々な改良、工夫が
されているが、製造の容易さ、放電の安定性、長寿命な
どの光源用放電管に要求される種々の要請を、相互に矛
盾することなく満足させたものは未だ提供されていな
い。

【０００８】上記の各従来例においては、電極として二
酸化トリウムをドーピングしたいわゆるトリタン電極が
用いられているが、トリタン電極は、電子放出能が低
く、光源の輝度を上げるには動作温度を高くする必要が
あり、安定性と寿命の面で問題がある。また、必ずしも
製造が容易といえないものもある。

【０００９】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みて、
放電の安定性、長寿命、製造の容易さなどを矛盾するこ
となく実現することが可能な放電管用の電極を提供する
ことを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の放電管用の電極は、陰極と、陽極とを対向
させて放電ガス雰囲気中に封入し、該電極間でアーク放
電を行わせる放電管用の電極において、その陰極は、多
孔質の高融点金属に易電子放射物質を含浸させた含浸型
もしくは高融点金属に易電子放射物質を含有させて焼結
させた焼結型金属からなり、陽極に対向する先端部に尖
頭を有する金属基体と、この金属基体の尖頭部の先端の
みを露出させてこの金属基体の表面を覆っている炭化物
化合物製の被覆と、を備えていることを特徴とする。

【００１１】このような構成とすることにより、陰極を
構成する易電子放射物質を含有する金属基体は、炭化物
化合物製の被覆により覆われているので、動作時の表面
からの易電子放射物質の蒸発が阻止される。一方、尖頭
の先端部では、金属来たいが露出されているので、先端
部分へ拡散された易電子放射物質による電子放出が促進
される。このため、比較的低温で電子を効率良く放出で
きるので放電が安定し、かつ、易電子放射物質の蒸発も
抑制されるので、長寿命化が可能となる。さらに、陰極
先端部の構成は、金属基体の尖頭の先端部を除いた表面
上に炭化物化合物製の皮膜を形成するという簡単なもの
ですむので、製造が容易であり、実用性の高い放電管用
の電極を提供することができる。

【００１２】この易電子放射物質は、バリウム、カルシ
ウム、ストロンチウム等のアルカリ土類の酸化物の混合
物、あるいは、酸化アルミニウムを添加したこれらアル
カリ土類の酸化物の混合物であることが好ましい。

【００１３】これによれば、金属基体の仕事関数を小さ
くすることができ、これに伴い動作中の電極先端部、つ
まり尖頭部の温度が低下する。この結果、金属基体表面
において、動作中の温度が被覆を構成する炭化物化合物
の蒸発温度に相当する位置が先端側へ近づく。つまり、
露出部分を小さくすることが可能であり、上述の本発明
の特徴を実現するのに有利な特徴を有している。

【００１４】

【発明の実施の形態】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説明する。なお、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符号を附し、重複する説
明は省略する。

【００１５】図１は、本発明に係る電極を用いたキセノ
ン・ショートアークランプの構成を示す縦断面図であ
り、図２は、その陰極先端部の構成を一部破砕断面で示
す側面図である。棒状の石英製ガラスバルブ１の中間部
に中空のガス封入部１１が形成され、その内部には放電
ガスとしてキセノンが約１０気圧の圧力となるよう封入
されている。ガス封入部１１の内部では陰極２と陽極３
とが対向しており、ガラスバルブ１の棒状の長手方向両
端には陰極２および陽極３にそれぞれ電気的に接続され
ている外部端子４，５が取り付けられている。

【００１６】陰極２は石英製のガラスバルブ１に基部が
固定された直径２．４ｍｍのタングステン製のリード棒
２１と、このリード棒２１の先端に基部が固定された直
径２．０ｍｍ長さ２．０ｍｍの陰極先端部２２を有して
いる。陰極先端部２２は陽極３に向かって尖った円錐状
の尖頭を有する砲弾形状をなし、金属基体２２１と炭化
物被膜２２２で構成される。金属基体２２１は多孔質の
タングステン（高融点金属）にアルカリ土類金属等（易
電子放射物質）を含浸させて形成され、尖頭先端部を除
く円錐の斜面および円柱状の基部側面には、炭化タング
ステンをＣＶＤ法で堆積させた炭化物被膜２２２が形成
されている。

【００１７】この金属基体２２１は、平均粒径が２μｍ
〜８μｍ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て製作される。その空孔
率は１０〜３５％程度である。平均粒径が２μｍ〜８μ
ｍのタングステン粉末を用いることにより、多孔質本体
の製作が容易であり、空孔率を１０〜３５％程度とする
ことにより、易電子放射物質を必要かつ十分な量充填す
ることが可能である。易電子放射物質としては、Ｂａ
Ｏ、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃を４対１対１の割合で混合したも
のが用いている。

【００１８】この金属基体２２１の表面への炭化物被膜
２２２の形成にあたっては、先端部をマスキングして堆
積を行うか、堆積後に研磨等により先端部に形成された
被覆を除去することにより金属基体２２１の先端部を露
出させる等の方法を用いることができる。炭化物被膜２
２２の厚さは、数μｍ〜数十μｍの薄膜である。

【００１９】こうして形成された陰極先端部２２は、高
融点ろう付けまたは圧入によってリード棒２１に固定さ
れている。

【００２０】一方、陽極３は、直径３．０ｍｍのタング
ステン棒からなり、陰極２と陽極３の先端部の間隔は
２．０ｍｍに調整されている。この陽極３と陰極２の間
に所定の直流電圧を印加することで、アーク放電が起こ
る。

【００２１】従来例１〜５において、易電子放射物質と
して用いられている酸化トリウムは、仕事関数が２．５
５ｅＶと高く、例えば放電電流を８．０Ａとした場合に
動作中の陰極先端温度は１７００℃程度となる。これに
対して、この実施形態では、易電子放射物質としてアル
カリ土類金属の酸化物を使用している。例えば、酸化バ
リウムを使用している場合、その仕事関数は１．２０ｅ
Ｖと、酸化トリウムの半分以下であり、同じ放電電流の
場合でも、動作中の陰極先端温度は１０５０℃程度とな
る。つまり、陰極の先端温度が低く抑えられるため、易
電子放射物質の蒸発を抑えることができる。

【００２２】アルカリ土類金属の酸化物を易電子放射物
質として利用した場合、仕事関数が低いために放電領域
が拡大して、単位表面積あたりのエネルギー密度が減少
し、結果として発光の輝度が低下してしまうという問題
点があった。しかし、本願発明では、被膜２２２により
陰極２の先端部以外の表面を覆っているので、放電領域
が露出部に限定され、単位表面積あたりのエネルギー密
度を高めることができ、発光輝度も向上する。さらに、
前述したように本発明による陰極は、酸化トリウムを用
いる陰極より先端温度が低いため、先端部により近い部
分にまで被膜を設けることができる。つまり、従来例よ
りも先端の露出部分を小さくして、放電領域を絞りこむ
ことが可能である。

【００２３】さらに、被膜により易電子放射物質の蒸発
が抑えられるため、これに伴う陰極の劣化が少なくな
る。

【００２４】本願発明者は、本発明に係る被膜による易
電子放射物質の蒸発抑制効果を確認するため、被膜の有
無による輝度の経時変化を比較する実験を行ったので、
以下、その比較結果について説明する。

【００２５】図３に比較実験に用いた陰極２の先端構造
を示す。実験では、先端形状、被膜厚さの異なる２種類
の本発明に係る陰極と、被膜を設けていない１種類の従
来型の陰極の計３種類の陰極を利用して上述のキセノン
・ショートアークランプを作成し、その輝度の経時変化
を測定した。実験に使用した各陰極の構成を表１に示
す。被膜の有無、厚さ、形状を除いては、各陰極の構造
及び陰極以外の構成は同一である。また、輝度の経時変
化の測定結果を図４に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】ここで、Φは、露出部分の直径を、ｔは、
被膜の厚さを、θは、先端部の角度を表している。

【００２８】従来品の陰極では、陰極表面全体から易電
子放射物質が蒸発するため、２５０時間ほどで輝度は当
初から４０％も低下する。しかし、本発明に係る陰極を
用いた場合は、輝度変化は小さく、輝度自体も従来品に
比べて向上し、上述の被膜を設けたことによる効果が確
認された。

【００２９】以上の説明では、高融点金属基体としてタ
ングステンを用いた例について詳細に説明してきたが、
モリブデン、レニウム、タンタル等を素材にしても同様
な効果を得ることができる。

【００３０】また、多孔質の金属基体に易電子放射物質
を含浸させる含浸型電極を例に説明してきたが、電極は
これに限られるものではなく、易電子放射物質と高融点
金属の粉末を同時に焼結した焼結型電極を用いてもよ
い。

【００３１】易電子放射物質は、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酸化物の
単体あるいは混合物が好ましい。

【００３２】また、ここでは、陰極をキセノン・ショー
トアークランプに用いた例について説明してきたが、そ
の他の各種の放電管用の陰極として用いた場合にも同様
の効果が得られる。

【００３３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
陰極先端部の尖頭の基端部側表面では動作時に易電子放
射物質の蒸発が阻止される一方、尖頭部分への易電子放
射物質の拡散が促進されて電子の放出が容易とされる。
このため、比較的低温で電子を効率よく放出できるので
放電が安定し、しかも易電子放射物質の蒸発も抑制され
て大幅な長寿命化が可能になる。一方、放電領域を絞り
こむことができるので、単位面積あたりのエネルギー密
度が高まり、輝度が向上する。さらに、陰極先端部は簡
単な構成で実現できるので、実用性の高い光源用放電管
用電極が提供できる。

【００３４】したがって本発明によれば、製造の容易
さ、放電の安定性、長寿命などの光源用放電管の陰極に
要求される種々の要請を、相互に矛盾することなく一挙
に満足させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る陰極を利用したキセノン・ショー
トアークランプの縦断面図である。

【図２】本発明に係る陰極の構成を示す側面図である。

【図３】比較実験に使用した陰極の先端部の構成を示す
縦断面図である。

【図４】本発明の陰極と従来型の陰極のそれぞれを利用
したキセノン・ショートアークランプの輝度の経時変化
を比較したグラフである。

【符号の説明】

１…ガラスバルブ、１１…ガス封入部、２…陰極、２１
…リード棒、２２…陰極先端部、２２１…金属基体、２
２２…金属被膜、３…陽極、４，５…外部端子。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陰極と、陽極とを対向させて放電ガス雰
   囲気中に封入し、該電極間でアーク放電を行わせる放電
   管用の電極において、 前記陰極は、 多孔質の高融点金属に易電子放射物質を含浸させた含浸
   型もしくは高融点金属に易電子放射物質を含有させて焼
   結させた焼結型金属からなり、前記陽極に対向する先端
   部に尖頭を有する金属基体と、 前記金属基体の尖頭部の先端のみを露出させて前記金属
   基体の表面を覆っている炭化物化合物製の被覆と、 を備えていることを特徴とする放電管用の電極。
2. 【請求項２】 前記易電子放射物質は、アルカリ土類酸
   化物の混合物、あるいは、酸化アルミニウムを添加した
   前記混合物であることを特徴とする請求項１記載の放電
   管用の電極。