JPS61233961A - 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およ
び容器の形伏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６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１５、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１６
の間には安定な放電が発生し発光する。このとき陰極１
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。

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７図は従来の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７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７図（Ｂ）に
示すように、溶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
後退するとともに、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泥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、前記陰極と陽極を回転楕円体の容器中
の放電ガス雰囲気中に封入してアーク放電を行わせる光
源用放電管を製造して種々の実験をおこなった。

その結果、易電子放射物質が基体の孔を通って陰極の先
端に容易に達するので、前述した陰極輝点の位置の変動
は少なくなる。

しかし、易電子放射物質が蒸発して、管球の内壁に付着
し不透明にし゛、寿命等の点がら問題があることに気が
ついた。

本発明の目的は、容器の形状に改良を施すことにより、
前述した問題を解決した光源用放電管を提供することに
ある。

（問題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、前記陰極と陽極を回転楕
円体の容器中の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、前記回転楕円体の発
光管の前記陰極と陽極を結ぶ方向の最大長さをａとし前
記陰極と陽極を結ぶ線に直角な断面の最大直径をｂとす
るときに、前記ａとｂとの間にｂ　／　ａが０゜６以上
、かつ１．１よりも小さいという関係が与えてられて、
構成されている。

（実施例） 以下、図面等を参照して本発明を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実施例の主として
、発光管の部分の形状を示す図であって、中央部を破断
した状態を示している。

本発明に′よる光源用放電管の発光管１１の内壁は略、
陰極と陽極を結ぶ軸を軸とする楕円を回転させたときに
形成される回転楕円面である。

以下前記回転楕円面の回転軸方向の長さをａ、前記陰極
と陽極を結ぶ線に直角な断面の最大直径をｂとして説明
する。

第１の実施例は前記ａをｌＱｍｍ、前記すを１０ｍｍと
して、ｂ／ａ＝１．０とする。

陽極１５として直径３．Ｑｍｍのタングステン棒を用い
る。

第２図は本発明による光源用放電管の陰極の実施例を示
す拡大図である。

直径２．Ｑｍｍの導電路を形成するモリブデン棒２０の
先端に、直径１．５ｍｍ、長さ２．Ｑ　ｍ　ｍで易電子
放射物質であるアルミン酸アルカリ土類を含浸した多孔
質陰極先端部２１を取り付ける。

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、
タングステン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充分行
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充分充填されるが、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、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、 Ｂ　ａ　Ｏ：　Ｃａ　Ｏ：　Ａ　ｌ　２０３が４：１：
１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。

■陰極の先端部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
エテソドタングステンの約２．６　ｅ　Ｖと比較すると
充分低い。

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℃から約１１００℃と充分下げることが
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７５Ｗ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９．５ｍｍ、長さは１．０ｍｍ
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と言う）
と、実施例１と外形その他の条件を合わせて、陰極だけ
を従来の材質（２重量％のＴｈＯ２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４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４図は実施例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、この程度のサンプ
リングは問題にならない。

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は以下の通り定義される。

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（％）　＝　（（Ｉ　ｍａｘ　−Ｉ　ｗｉｎ　）　／
　Ｉ　ｗａｘ　）ｘｌｏｏ　（％） ここでＩ　ｒａａｘは最大光強度、Ｉ　ｎ＋ｉｎ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ほとんど変
化がないことが理解できる。

第４図からも理解できるように実施例の光束維持率は従
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、アーク発光点以外の部分から
も含浸剤が蒸発し、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、発光管の形状に依存してい
ることを発見した。

次に前記放電管の発光管の形状を規定するａ　／　ｂの
比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。

（実験例群） 陰極として前記実施例１の場合と同様、直径２゜９ｍｍ
の導電路を形成するモリブデン棒２０の先端に直径１．
５ｍｍ、長さ２．　Ｑ　ｍ　ｍで易電子放射物質である
アルミン酸アルカリ土類を含浸した多孔質タングステン
の先端部２１を取りつけたものを用いる。

発光管内径の前記すを１０ｍｍと一定とし、直径ａを変
えて両者の比ｂ　／　ａ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の場合と異ならない。以下の実験
例群においても同様である。

実験例Ｉ　　　　ｂ　／　ａ　＝　１．１（前記実施例
１　　ｂ／ａ＝１．０） 実験例Ｕ　　　　ｂ　／　ａ　＝　０．８実験例ｍ　　
　　ｂ　／　ａ　＝　０．６実験例■ｂ　／　ａ　＝　
０．５ このとき陰極の先端と陽極の先−間の距離は、１゜３ｍ
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、７５Ｗ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５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Ｓはいずれも従来管よりも
優れている。

しかしながら第５図に示す実験例■の光束維持率は１０
００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、ｂ　／　ａが０．５程度になると第３図（
Ａ）に示すように発光管１１内の封入ガスの対流が起こ
りにくく、このため陰極先端より蒸発した電子放射物質
が、発光点前面の管壁に付着し、管壁を不透明にするこ
とによる。

１０００時間点灯後に当初の５０％以上の光束維持率を
確保するには、ｂ　／　ａが０．５を越えて０．６程度
となることが望ましい。

これは、第３図（Ｂ）に示すように、ｂ　／　ａが大き
くなると発光管内の封入ガスの対流が起こりやすくなり
、このため蒸発した電子放射物質が発光点前面の管壁に
付着せず、比較的光束に影響を与えない管壁上部に付着
するためである。

また、ｂ　／　ａが１．１以上では、発光管内の対流が
極度に起こりやすく、アークが不安定となる可能性があ
るから、ｂ　／　ａは１．１よりも小さいことが好まし
い。

以上詳しく説明した実施例について本発明の範囲内で種
々の変形を施すことができる。

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）、タリウム（Ｔａ）、　　レニウム（Ｒｅ）
も利用できる。

以上多孔質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
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。

そして、発光管の内径の形状を前述のように選択しであ
るから、ゆらぎが少なく充分な寿命を持つ光源用放電管
を提供することができる。

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を示す図で
あって、中央部を破断した状態を示している。 第２図は本発明による光源用放電管の陰極の実施例を示
す拡大図である。 第３図は本発明による光源用放電管に類似する形状の発
光管内の封入ガスの対流と陰極蒸発物の付着を示す図で
あって、中央部を破断して示しである。 第４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５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６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７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・・・電極導入管 １３ａ、１３ｂ・・・モリブデン箔 １４ａ、１４ｂ−・・引出し線 １５・・・陽極　　　　　　１６・・・陰極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　　壽 才１図 第３図 （Ａ）　　　　　　　　　　　　（Ｂ）を蝋＠ヤ薪も をぺ＠幣軒ジ

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、前記陰極と陽極を回転
   楕円体の容器中の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、前記回転楕円体の
   容器の前記陰極と陽極を結ぶ方向の最大長さをａとし前
   記陰極と陽極を結ぶ線に直角な断面の最大直径をｂとす
   るときに、前記ａとｂとの間に以下の関係を与えて構成
   したことを特徴とする光源用放電管。 記 ０．６≦ｂ／ａ＜１．１ 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。