JPS61233960A - 光源用放電管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、キセノンショートアークランプ等の陰極に改
良を施した光源用放電管に関する。

（従来の技術） まず従来のキセノンショートアークランプの問題を図面
を参照して簡単に説明する。

第５図は光源用放電管の一般的な構成を示す図である。

回転楕円体状の石英製の発光管１１の長径方向の両端に
、電極導入管１２ａ、１２ｂが設けられている。この導
入管１２ａ、１２ｂ内に、モリブデン箔１３ａ、１３ｂ
を介して外部に外部リード１４ａ、１４ｂおよび内部に
陽極」５、陰極１６が封入されている。

石英製の発光管１１に排気用の管が接続されており、排
気管は排気後キセノンガスを封入して１７の示すように
封じ切られる。

光源用の放電管の陰極１６として、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
が用いられている。

陽極１５と陰極１６との間に２０〜３０ＫＶの電圧を印
加すればランプは放電を開始する。

続いて放電電流を一定に制御すると、陽極１５と陰極１
６の間には安定な放電が発生し発光する。

このとき陰極１６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。

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、精密な点光源として用いる場合不
都合であると言う問題が指摘されている。

これは、通常アーク不安定と呼ばれており、以下のよう
な原因によると考えられている。

第６図は陰極の端部を拡大して示した図であって同図（
Ａ）は使用開始時の陰極の形状、同図（Ｂ）は使用後相
当時間経過後の形状を示している。

陰極１６の先端１６ａは第６図（Ａ）のように当初は尖
っている。

光源用放電管でアーク放電を長時間、継続させると、使
用前または初期においては、尖っていた陰極１６の先端
１６ａは長期、高温にさらされるために第６図（Ｂ）に
示すように、熔融蒸発し球面状に変形させられる。

また、頂部の結晶組織も変化し、斜線を付して示すよう
にタングステンの単結晶が成長して１６ｂ。

１６ｃに示すように粗大化する。

このような状態が形成されると、先端部への電子放射物
質の拡散が阻害され、電子の供給が不十分となる。その
結果、アーク発生点が単結晶１６ｂ。

１６ｃ領域の後部、例えば点ｐもしくはｑの示す位置に
後退すると共にｐ、ｑの示す単結晶領域の後部に沿って
不安定に動きまわる。

このようなアーク発生点が移動するのは好ましくないか
ら、酸化トリウムの含有量を増やすなどの対策が検討さ
れているが十分な成果が得られていない。

（発明が解決しようとする問題点） 前記問題を解決するために本件発明者等は、尖頭をもつ
多孔質の高融点金属基体に易電子放射物質を含浸させた
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、前記陰極と陽極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を形成して種
々の実験を行ったが陰極先端部の形状がアークの安定に
影響を与えることがわかった。

本発明の目的は陰極先端部の形状に改良を施して、アー
ク発生点の移動が発生しにくく、かつ相当な寿命が得ら
れる改良された光源用放電管を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明による光源用放電管
は、尖頭をもつ多孔質の高融点金属基体に易電子放射物
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、前記陰極と陽極を放電ガ
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、前記多孔質の高融点金属基体の尖頭の中心
軸を含む断面における前記尖頭の断面の角度θを５０”
から１２０°の間にして構成されている。

（実施例） 本発明を図面等を参照して、さらに詳しく説明する。

第１図は本発明による光源用放電管の主要部の断面図で
ある。

基本的な外形は第５図に示した従来の光源用放電管と変
わらない。

前記発光管１１の最大外径を２０ｍｍとして、陽極１５
として直径３．０ｍｍのタングステン棒を用いる。

第２図にこの実施例の陰極を取り出して示しである。

直径２．０　ｍ　ｍの導電路を形成するモリブデン棒２
０の先端に、直径２．０ｍｍ、長さ２．０　ｍ　ｍで易
電子放射物質であるアルミン酸アルカリ土類金属した多
孔質タングステン陰極先端部２１を取り付ける。

なお、この実施例では多孔質タングステン陰極先端部２
１の中心軸を含む平面における先端部の角度は１００”
である。

この多孔質の高融点金属基体は平均粒径が２μ〜８μの
タングステン粉末をプレス成形加工し、真曝　　　　　
　　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１０〜３５％である。

タングステン粉末、平均粒径２μ〜８μを用いたのは、
多孔質の高融点金属基体の製作が容易であるためである
。

空孔率が１０〜３５％の範囲を用いた理由は１０％以下
では、含浸剤の充填量が少なく、また、存在する空孔の
連結が完全でなくなり、このため含浸剤の供給が十分行
われないので、電子放射特性が不十分でアークが不安定
になる可能性があるからである。

３５％以上では逆に含浸剤は十分充填されるが、空孔が
多いために含浸剤の蒸発が極端に大きくなり、寿命を短
くする可能性があることによる。

この多孔質タングステン基体に、電子放射物質として、
すくなくともアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アル
カリ土類からなる易電子放射物質を含浸させることによ
り陰極先端部２１が形成される。

この実施例では、 ＢａＯ：ＣａＯ：Ａ１２　ｏ３が４：１ｊｌのものを含
浸させた。

陰極先端部２１と金属棒２０は高融点蝋付けまたは圧入
等により固定する。

陰極先端部２１を前記のように構成したのは次の理由に
よる。

■陰極先端部２１を多孔質状にすると、従来の電極で発
生した前記好ましくない結晶の成長を妨げることができ
る。

■この陰極の仕事函数は約１．５〜１，８ｅＶで、トリ
エテッドタングステンの約２．６ｅｖと比較すると十分
低い。

このため陰極動作温度をトリエテッドタングステンの場
合の約１９００℃から１１００℃と十分下げることがで
きる。

このため陰極先端の単結晶の粗大化が起こりにくい。

■基体が多孔質状となっているために、電子放射物質の
供給が円滑に行われ、陰極輝点の移動を抑制できる。

発光管１１内には約１０気圧のキセノンガスが封入され
ている。

前記実施例に係る放電管を１５０Ｗ定格で動作させたと
きの発光の形状は略、回転楕円体を回転軸に直角に２分
割した形状でその最大径は１．０ｍｍ長さは２．０　ｍ
　ｍ程度である。

この実施例に係る光源用放電管（以下実施例１という）
と、実施例１と外形その他の条件を併せて、陰極だけを
従来の材質（２重量％のＴｈｅ２を含むタングステン電
極）および同形状のものを使用した放電管（以下従来管
）の特性を光束維持率と安定度について比較した。

第３図に光束維持率の経時的変化を対比して示しである
。

光束維持率とは使用開始時の光束を１００として経時的
な光束の変化を示すものである。

第３図は実施例１の方が従来管よりも、光束維持率がわ
ずかではあるが小さいことを示している。

しかしながら、この種の光源用放電管としては、後述す
るアーク安定度Ｓの方が重要であり、この程度の差は問
題にならない。

本発明は、光束維持率は許容できる範囲に維持して良好
なアーク安定度Ｓを得ようとするものである。

発明の詳細な説明の末尾に別表１として実施例１と従来
管のアーク安定度Ｓを比較して示しである。

アーク安定度Ｓは以下のとおり定義される。

アーク安定度Ｓはアークを投影し、細いスリットをアー
ク投影像の中心部に入れ、スリットを通過する光強度の
ゆらぎを測定する。

Ｓ　（％）　　＝　　（（Ｉｍａｘ−１ａｉｎ）　　／
ｌ５ａｘ）ＸＩＯＱ　（％） ここでｒ　ｍａｘは最大光強度、Ｉ　ｍｉｎは最小光強
度である。

別表１から明らかなように、実施例１では１０００時間
点灯後においても、アーク安定性は初期値と殆ど変化が
ないことが理解できる。

第３図からも理解できるように実施例１の光束維持率は
従来管よりはわずかに低い。この原因は次のように理解
できる。

含浸剤の蒸発温度が約１３００℃と低いためにこれ以上
の高温で動作させると、アーク発光点から含浸剤が蒸発
し０８発光管内壁が白濁する現象が現れてくることであ
る。このため、これらの蒸発を押さえるべく、種々の検
討を重ねた結果、この蒸発量が多孔性基体２１の先端の
形状に依存していることを発見した。

第２図に示すように、直径りの金属棒に直径が略等しく
露出部の長さしを一定にして先端の角θを種々変更して
特性を測定した実験例について説明する。

（実験例） 陰極先端部２１を支持する金属棒２０として、モリブデ
ン製で、直径Ｄ＝２．０ｍｍのものを用いる。

直径Ｄ＝２．０ｍｍで長さＬ＝３．０ｍｍ、先端の角度
の異なる陰極先端部２１を以下の４種類用意する。

陰極先端部２１の内部構造と含浸させられている易電子
放射物質の組成は実施例１の場合と同じである。

実験例■　　θ１−１２０” θ　＝１００°　（前述した実施例１）実験例■　　θ
２＝”８０’ 実験例■　　θ３−５０’ 実験例■　　θ４−３０゜ それぞれの陰極先端部２１をモリブデン製で、直径Ｄ　
＝　２．０　ｍ　ｍの金属棒２０に固定して陰極を構成
し、４種類の放電管を形成する。

このとき陰極の先端と陽極の先端間の距離は、２゜５ｍ
ｍと総て等しくする。

いずれもキセノンガスを約１０気圧封入し、１５０Ｗ定
格のキセノンショートアークランプとして動作させる。

、この実験例群と、先に説明した従来管との光束維持率
の比較を第４図に示す。

また・この実験例群と従来管の安定度Ｓの比較を発明の
詳細な説明の末尾の別表２に示す。

別表２が示すように、安定度はいずれも従来管よりも優
れている。

しかしながら、第４図に示すθ４の光束維持率は１ｏｏ
ｏ時間点灯後には当初の５０％以下に低下している。

この理由は、角θが３０”程度に小さくなると、陰極先
端の熱伝導が悪くなり、先端の温度が最適動作温度以上
に上昇し、電子放射物質の蒸発が起こり易く、管壁を不
透明にすることによる。

１０００時間点灯後には当初の５０％以上の光束維持率
を確保するのには、θが５０°以上であることが望まれ
る。

また、θが１２０°以上では逆に陰極先端の熱伝導がよ
すぎて温度が最適動作温度まで上昇しないために、電子
放射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から、θは１２０°を越えないこと
が好ましい。

これ等の結果を勘案すると多孔質の高融点金属基体の先
頭の角度θは５０パ以上で１２０°より小さいことが好
ましい。

この見地から前述した実施例１と実験例■と■が本発明
の効果を果たすことができるものであるということがで
きる。

金属棒として、前記実施例に示した金属の他に、タング
ステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、　　レニウム（Ｒｅ
）も利用できる。

以上多孔性物質の高融点金属の基体に、タングステンを
用いた例について詳細に説明した。

同様な範囲の粒径の素材を用い空孔率を同様にすれば、
Ｍｏ、Ｒｅ、Ｔａを素材にしても略同様な結果が得られ
ることを確認することができた。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、多孔質の高融点
金属の基体に易電子放射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
、さらに前記陰極の先端の角度θを前述の範囲にしであ
るから、陰極先端部の変形変質を防止できる。

その結果、輝点の移動の少ない光源用放電管を提供する
ことができた。

別表１　　　安定度Ｓ 別表２　　　安定度Ｓ

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光源用放電管の実施例の主要部
の断面図である。 第２図は前記光源用放電管の陰極を取り出して示した拡
大図である。 第３図は、従来管と実施例１の光束維持率を比較して示
したグラフである。 第４図は、従来管と実施例群の光束維持率を比較して示
したグラフである。 第５図は、従来の光源用放電管の典型的な構成例を示す
図であって中央部を破断して示しである。 第６図は、従来の光源用放電管の陰極に原因するゆらぎ
の原因を説明するための陰極先端部の拡大図であって、
同図（Ａ）は当初の状態、同図（Ｂ）は相当時間経過後
の状態を示している。 １１・・・石英製発光管 １２ａ、１２ｂ・・・電橋導入枝管 １３ａ、１３ｂ・・・モリブデン箔 １４ａ、１４ｂ・・・引出し線 １５・・・陽極　　　　　　１６・・・陰極１７・・・
排気管跡 ２０・・・導電路を兼ねる金属棒 ２１・・・陰極先端部 特許出願人　浜松ホトニクス株式会社 代理人　弁理士　　井　ノ　ロ　　溝 片１図 才２図 ＠穎（４［惇−確ト８ 一鍼鷹「薪６

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）尖頭をもつ多孔質の高融点金属基体に易電子放射
   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、前記陰極と陽極を放電
   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、前記多孔質の高融点金属基体の尖頭の中
   心軸を含む断面における前記尖頭の断面の角度を下記の
   範囲にしたことを特徴する光源用放電管。 記 ５０°≦θ＜１２０° 以上
2. （２）前記多孔質の高融点金属基体は平均粒径が２μ〜
   ８μの高融点金属粉末をプレス成形後、真空中または水
   素雰囲気中で焼成した１０〜３５％の空孔率を有する多
   孔質タングステン基体である特許請求の範囲第１項記載
   の光源用放電管。
3. （３）前記易電子放射物質は、少なくともアルミン酸バ
   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
   物質である特許請求の範囲第１項記載の光源用放電管。