JPS6360498B2

JPS6360498B2 -

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Publication number: JPS6360498B2
Application number: JP24063083A
Authority: JP
Priority date: 1983-12-20
Filing date: 1983-12-20
Publication date: 1988-11-24
Also published as: JPS60131751A

Description

【発明の詳細な説明】

（技術分野）本発明は光源用の放電管、さらに詳しく言えば
キセノンシヨ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。（従来技術の説明）まず従来のキセノンシヨ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１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。この枝管１２ａ，１２ｂ内に、モリブデ
ン箔１３ａ，１３ｂを介して外部に外部リード１
４ａ，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１
７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ツドタ
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１６は放電によつて生じる正イオ
ンの衝突によつ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、カセノンシヨ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２図は陰極の端部を拡大して示した図であつ
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１
６の先端１６ａは第２図Ａのように当初は尖つて
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、尖つていた
陰極１６の先端１６ａは長期、高温にさらされる
ために第２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１６
ｂ，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１６
ｂ，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
域の後部に沿つ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。（発明の目的）本発明の目的はアーク発生点の移動が発生しに
くい改良された光源用放電管を提供することにあ
る。（発明の構成および作用）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、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、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て構成
されている。前記構成によれば、易電子放射物質が基体の孔
を通つ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すくなくなる。易電子放射物質が蒸発して、管球の内壁に付着
し不透明にする可能性があるが、実験の結果問題
にならないことが確認できた。（実施例の説明）以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。本発明による光源用放電管の実施例の外形は第
１図に示したものと変わらない。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３図にこの実施例の陰極を取り出して示して
ある。直径2.4mmの導電路を形成するタングステン棒
２０の先端に、直径2.0mm、長さ2.0mm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、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、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、 BaO：CaO：Al₂O₃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
エテツ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ツドタング
ステンの場合の約1900℃から約1000℃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つているために、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2.0mm程度である。この実施例に係る光源用放電管（以下実施例
と言う）と、実施例と外形その他の条件を合わ
せて、カソードだけを従来の材質（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
してある。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を比較して示してあ
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、細いスリツ
トをアーク投影像の中心部に入れ、スリツトを通
過する光強度のゆらぎを測定する。Ｓ（％）＝〔（Imax−Imin）／Imax〕×100（％）ここでImaxは最大光強度、Imin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５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僅かに低い。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1200℃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
る現象があらわれてくることである。このため、
これらの蒸発を抑えるべく、種々の検討を重ねた
結果この蒸発量が、金属棒２０と多孔性基体２１
の形状に依存していることを発見した。第４図に示すように直径Ｄの金属棒に直径が略
等しく露出部の長さＬを種々変更して特性を測定
した測定例について説明する。（実施例群）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＝1.5mmのものを用いる。
直径Ｄ＝1.5mmで長さＬ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の場合と異ならない。以下の実施例群
においても同様である。 L₁＝0.1D＝0.15mm、 L₂＝2.0D＝3.0mm、 L₃＝6.0D＝9.0mm、 L₄＝10.0D＝15.0mm、それぞれの陰極先端部２１をモリブデン製で、
直径Ｄ＝1.5mm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、
2.5mm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定格のキセノンシヨートアークランプとし
て動作させる。この実施例群と、先に説明した従来管との光
束維持率の比較を第６図に示す。またこの実施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６図に示すL₄の光束維持率は
1000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、Ｌが10D程度になると、陰極先端
部２１の露出部分が多いので先端部以外でも、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Ｌが6D以下（L₃）であるこ
とが望まれる。また、0.1D以下では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、Ｌは0.1Dを越えることが好ましい。
これ等の結果を勘案すると金属棒をモリブデンに
して陰極先端部を支持するときは、陰極先端部の
露出部の長さＬは、前記金属棒の直径Ｄに次の関
係を成立させることが好ましい。 0.1＜（Ｌ／Ｄ）＜６（実施例群）この実施例群は金属棒として前記第２実施例群
の金属棒と略等しい熱伝導率をもつタングステン
棒を用いたものである。陰極先端部２１を支持する金属棒の太さは直径
Ｄ＝1.5mmで前記第２実施例群と異ならない。直径Ｄ＝1.5mmで長さＬの異なる陰極先端部２
１を以下の４種類容易する。 L₁＝0.1D＝0.15mm、 L₂＝2.0D＝3.0mm、 L₃＝6.0D＝9.0mm、 L₄＝10.0D＝15.0mm、それぞれの陰極先端部２１を前記タングステン
製で、直径Ｄ＝1.5mm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、
2.5mm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定格のキセノンシヨートアークランプとし
て動作させる。この実施例群と、先に説明した従来管との光
束維持率の比較を第７図に示す。またこの実施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３に示す。第７図と別表３を検討すると実施例群と略同
様な結果が得られていることが理解できる。実施例群の場合と同様な理由により、金属棒
をタングステンにして陰極先端部２１を支持する
ときは、陰極先端部２１の露出部の長さＬは、前
記金属棒の直径Ｄに次の関係を成立させることが
好ましい。 0.1＜（Ｌ／Ｄ）＜６（実施例群）陰極先端部２１を支持する金属棒２０として、
タンタル製で、直径Ｄ＝1.5mmのものを用いる。
金属タンタルの熱導電率は前記タングステンやモ
リブデンよりは小さい。直径Ｄ＝1.5mmで長さＬの異なる陰極先端部２
１を以下の４種類用意する。 L₁＝0.1D＝0.15mm、 L₂＝2.0D＝3.0mm、 L₃＝4.0D＝6.0mm、 L₄＝8.0D＝12.0mm、それぞれの陰極先端部２１を前記タンタル製
で、直径Ｄ＝1.5mm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、
2.5mm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定格のキセノンシヨートアークランプとし
て動作させる。この実施例群と、先に説明した従来管との光
束維持率の比較を第８図に示す。またこの実施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４に示す。別表４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８図に示すL₄の光束維持率は
1000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、Ｌが8D程度になると、タンタル
の熱伝導率が前記各実施例群の場合より低いの
で、陰極先端部２１の先端部以外でも、電子放射
物質の蒸発が容易に起こり、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
率を充分に確保するのにはＬが4D以下（L₃）で
あることが望まれる。また、0.1D以下では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、Ｌは0.1Dを越えることが好ましい。
これ等の結果を勘案すると金属棒をタンタルにし
て陰極先端部２１を支持するときは、陰極先端部
２１の露出部の長さＬは、前記金属棒の直径Ｄに
次の関係を成立させることが好ましい。 0.1＜（Ｌ／Ｄ）＜４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
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てあるから、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。金属棒の直径と基体の形状を適当に選択するこ
とにより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。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光源用放電管の典型的な構成例
を示す図であつて中央部を破断して示してある。
第２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
であつて、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。第３図は本発明に
よる光源用放電管の陰極の第１の実施例を示す拡
大図である。第４図は本発明による光源用放電管
の陰極の他の実施例を説明するための拡大図であ
る。第５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６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７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８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。１１……石英製発光管、１２ａ，１２ｂ……電
極導入枝管、１３ａ，１３ｂ……モリブデン箔、
１４ａ，１４ｂ……引出し線、１５……陽極、１
６……陰極、１７……排気管跡、２０……導電路
を兼ねる金属棒、２１……陰極先端部。

Claims

【特許請求の範囲】１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、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て構成したこと
を特徴とする光源用放電管。２前記多孔質の高融点金属基体は平均粒径が
2μ〜8μの高い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。４前記多孔質の高融点金属基体を支持する金属
棒は直径Ｄのモリブデンの棒であり、前記金属棒
に支持される前記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部分の直径は前記金属
棒の直径と略同等でその露出部の長さＬは、前記
金属棒の直径Ｄに対する比が下記の範囲内である
特許請求の範囲第１項記載の光源用放電管。 0.1＜（Ｌ／Ｄ）＜６５前記多孔質の高融点金属基体を支持する金属
棒は直径Ｄのタングステンの棒であり、前記金属
棒に支持される前記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部分の直径は前記金
属棒の直径と略同等でその露出部の長さＬの前記
金属棒の直径Ｄに対する比が下記の範囲内である
特許請求の範囲第１項記載の光源用放電管。 0.1＜（Ｌ／Ｄ）＜６６前記多孔質の高融点金属基体を支持する金属
棒は直径Ｄのタンタルの棒であり、前記金属棒に
支持される前記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部分の直径は前記金属棒の
直径と略同等でその露出部の長さＬの前記金属棒
の直径Ｄに対する比が下記の範囲内である特許請
求の範囲第１項記載の光源用放電管。 0.1＜（Ｌ／Ｄ）＜４