JPH11339714A - 放電管用電極 - 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、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、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、この金属基体の尖頭部の先端のみを突出させ
て露出させるとともに金属基体２２１の表面を覆って密
着して配置されている易電子放射物質を含まない絶縁性
セラミックからなるキャップ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、
例えば特開平１−２１３９５２号（従来例１）、特開平
１−２１３９５３号（従来例２）、実公平４−３３８８
号（従来例３）、特開平８−２７３６２２号（従来例
４）、特開平９−９２２０１号（従来例５）、特開平３
−２８３３４１号（従来例６）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。そして、陽極と対向する陰極先端に高融点金属
からなる被膜が形成されている。これにより、易電子放
射物質の余分な蒸発が抑制され、アークの安定性が向上
すると記載されている。

【０００４】従来例２では、高融点金属からなる金属基
体の先端表面に易電子放射物質層と高融点金属層を積層
する技術が開示されている。これにより、易電子放射物
質の供給を安定させるとともにその余分な蒸発が抑制さ
れ、アークの安定性が向上すると記載されている。

【０００５】従来例３は、いわゆる含浸型の電極基体の
表面に電子放射を容易にする金属膜を形成する技術が開
示されている。これにより、アーク放電が安定すると記
載されている。

【０００６】従来例４では、高融点金属からなる鋭利な
電極の周囲に多孔質タングステン等からなる含浸型電極
を配置し、表面にタングステン被膜を形成する技術が開
示されている。これによれば、熱電子放出能力が向上
し、陰極降下電圧が減少すると記載されている。

【０００７】従来例５では、多孔質タングステンからな
る電極の周囲に易電子放射物質を含浸させた含浸部を形
成し、多孔質タングステンの先端を露出させるように含
浸部の周囲を高融点金属でコーティングする技術が開示
されている。これによれば、易電子放射物質の不要な蒸
発が抑制され、安定したアーク放電が行える、と記載さ
れている。

【０００８】従来例６では、中空の棒状モリブデン電極
の中心部に多孔質タングステンを埋めこんで、加工する
ことにより埋めこんだ多孔質タングステンを露出させて
製作する技術が開示されている。この場合も、易電子放
射物質の不要な蒸発が抑制され、安定したアーク放電が
行える、と記載されている。

【０００９】

【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。

【００１０】上記の各従来例においては、放電位置の安
定性という面で問題がある。というのは、いずれも陰極
表面を高融点金属等でコーティングしているため、電極
表面の広い場所で放電が起こる可能性があるからであ
る。さらに、単位表面積あたりの放電流を増すと、電極
温度が上昇し、易電子放射物質の蒸発が増大する虞があ
る。また、必ずしも製造が容易といえないものもある。

【００１１】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。

【００１２】

【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、その陰極が、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突
出させて露出させるとともに金属基体の表面を覆って密
着して配置されている易電子放射物質を含まない絶縁性
セラミックからなるキャップと、を備えていることを特
徴とする。

【００１３】この構成によれば、金属基体の尖塔部の先
端のみがセラミック製のキャップから突出して露出され
ているので、易電子放射物質はこの露出部分に集中して
供給される。このため、易電子放射物質の不要な蒸発が
抑制されるとともに、放電位置は突出先端部分に集中す
る。また、キャップ部分は絶縁性であるため、キャップ
表面での放電は起こりえない。そして、キャップ部分の
熱容量が大きいため、金属基体の発熱による温度上昇が
抑制される。

【００１４】ここで、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金属の酸化
物の混合物、あるいは、酸化アルミニウムを添加したこ
れらの混合物であることが好ましい。

【００１５】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、動作中の電極の突出先
端部の温度が低下する。したがって、他の易電子放射物
質を用いた場合に比べて、突出部分をより小さくするこ
とが可能となり、放電位置がより狭い領域に集中させら
れる。

【００１６】また、この金属基体の突出先端を除く表面
全体を覆う金属製あるいは金属炭化物製の被膜をさらに
備えていることが好ましい。いずれの場合も、被膜自体
が易電子放射物質の蒸発を抑制するので、上述のキャッ
プを設ける効果がさらに高められる。

【００１７】また、キャップの外側表面を覆う金属製あ
るいは金属炭化物製の被膜をさらに備えていることが好
ましい。これによれば、陰極からの放熱がさらに向上す
る。

【００１８】

【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。

【００１９】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。

【００２０】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陰
極先端部２２を有している。この陰極先端部２２は金属
基体２２１とキャップ２２２から構成されている。この
うち、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
させて形成されており、基本的に陽極３に向かって尖っ
た円錐状の尖頭を有する直径２．０ｍｍ、長さ２．０ミ
リの砲弾形状をなしている。一方、キャップ２２２はセ
ラミック製であって、厚さ０．３ｍｍで金属基体２２１
の表面を覆って密着して配置されており、その陽極３側
の先端に直径０．４ｍｍの開口が設けられていて、この
開口から金属基体２２１の先端が０．２ｍｍ突出してい
る。

【００２１】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、例え
ば、ＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃を４対１対１の割合で混
合したものを用いている。

【００２２】そして、キャップ２２２は、金属基体２２
１の外形に適合する形状に予め成形しておき、リード棒
２１の先端に高融点ろう付けまたは圧入によって固着さ
せた金属基体２２１の先端に被せて、リード棒２１に固
定することにより、陰極２を形成することができる。

【００２３】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
に所定の電圧を印加することで、アーク放電が起こる。

【００２４】本発明によれば、陰極２の金属基体２２１
の先端露出部分に放電を集中させることができる。この
放電位置の集中化により、キャップ２２２を設けない場
合と比較して放電による発光の輝度が２倍以上向上する
ことを本願発明者は実験により確認した。

【００２５】キャップ２２２の開口が大きすぎると、放
電位置を特定する効果が弱まるので小さくすることが好
ましい。本実施形態の定格１５０Ｗ（８．５Ａ、１８
Ｖ）のキセノンランプの電極の場合は、直径を０．８ｍ
ｍ以上にすると蒸発を抑制する効果が薄れる。また、輝
度向上の効果は直径を０．４ｍｍ以下としたとき顕著で
あった。一方、０．１ｍｍ以下とすると易電子放射物質
が十分に供給されず、放電が維持できなかった。この開
口径の最適な大きさはランプへの入力電圧、電流に依存
するので、用途に応じて適宜設定する必要がある。

【００２６】また、金属基体２２１の突出量が小さい
か、あるいは突出していない場合は、キャップ２２２の
開口周辺部に放電によるアークが接触して、開口周辺部
が溶融、蒸発してしまい開口径が大きくなってしまう虞
がある。このため、アークがキャップ２２２に接触しな
いように突出量を調整する必要がある。

【００２７】キャップ２２２により、放電位置以外の金
属基体２２１表面からの易電子放射物質の蒸発が抑えら
れるので、長寿命化が図れる。さらに、蒸発した易電子
放射物質がバルブ１の内面に付着することによって生ず
るバルブ１の黒化も防止できる。また、金属基体２２１
で発生した熱が効果的に熱容量の大きなキャップ２２２
に伝えられ、放熱されるため、金属基体２２１の過熱を
防止でき、先端部の温度が安定する。これも放電の安定
化に寄与するとともに輝度増加にも貢献する。

【００２８】図３、図４は、本発明の陰極２の別の実施
形態を示した図である。図３に示されるようにキャップ
２２２を金属基体２２１の先端部のみに被せる構成とし
ても、図４に示されるようにキャップの外面を円筒形の
形状としても図２に示された実施形態と同様の効果が得
られる。

【００２９】また、金属基体２２１あるいはキャップ２
２２の表面に金属あるいは金属炭化物製のコーティング
を施してもよい。図５は、両方にコーティングを施した
例を示しており、符号２２１ａが金属基体２２１上のコ
ーティングを、符号２２２ａががキャップ２２２表面の
コーティングをそれぞれ表している。

【００３０】金属コーティングとしては、タングステ
ン、モリブデン、タンタル、イリジウム、レニウム等の
高融点金属あるいはその合金を用いることが好ましい。
また、金属炭化物としてはこれらの高融点金属あるいは
その合金の炭化物を用いることが好ましい。

【００３１】表１は、コーティングの有無の組み合わせ
を示したものである。

【００３２】

【表１】 このうち、金属基体２２１へのコーティング２２１ａ
は、突出先端部を露出させた状態で施すことが好まし
く、これに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。被膜の厚さは、数μｍ〜数十
μｍの薄膜となる。この堆積はＣＶＤ法等を用いること
ができる。また、キャップ２２２側のコーティング２２
２ａも同様に行うことができる。

【００３３】金属基体２２１にコーティング２２１ａを
施した場合は、コーティング２２１ａが露出部分以外か
らの易電子放射物質の蒸発及び電子放射を抑制する効果
があり、キャップ２２２による放電位置の集中化の効果
をさらに高めることができる。また、金属基体２２１と
キャップ２２２間の熱伝達を良好にする効果もある。

【００３４】キャップ２２２側にコーティング２２２ａ
を施した場合は、コーティング２２２ａにより放熱が促
進される効果がある。これにより、金属基体２２１の温
度の安定性を高めることができる。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】あるいは、酸化トリウムをタングステン母
材に添加したいわゆるトリタン電極であってもよい。

【００３８】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。または、スカンジウ
ム、イットリウム、ランタン、セリウム、トリウム等の
元素周期律表IIIａ族の酸化物であってもよい。

【００３９】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。

【００４０】

【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。

【００４１】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断面図である。

【図３】本発明に係る陰極の別の構成を示す断面図であ
る。

【図４】本発明に係る陰極のさらに別の構成を示す断面
図である。

【図５】本発明に係る陰極のさらに別の構成を示す断面
図である。

【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…キャップ、３…陽極、４，５…外部端子。

Claims (6)

【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突出させて露出させ
   るとともに前記金属基体の表面を覆って密着して配置さ
   れている前記易電子放射物質を含まない絶縁性セラミッ
   クからなるキャップと、 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。
3. 【請求項３】 前記金属基体の突出先端を除く表面全体
   を覆う金属製の被膜をさらに備えていることを特徴とす
   る請求項１又は２に記載の放電管用の電極。
4. 【請求項４】 前記金属基体の突出先端を除く表面全体
   を覆う金属炭化物製の被膜をさらに備えていることを特
   徴とする請求項１又は２に記載の放電管用の電極。
5. 【請求項５】 前記キャップの外側表面を覆う金属製の
   被膜をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４
   のいずれかに記載の放電管用の電極。
6. 【請求項６】 前記キャップの外側表面を覆う金属炭化
   物製の被膜をさらに備えていることを特徴とする請求項
   １〜４のいずれかに記載の放電管用の電極。