JPWO2002049072A1 - Direct heat type electrode for gas discharge tube - Google Patents

Abstract

The direct heat type cathode C1 for a gas discharge tube has a heater 1 for heating, a mesh member 3, and metal oxides 10a and 10b. The surface of the heater 1 is coated with a metal oxide 10a. The mesh-shaped member 3 is disposed outside the heater 1 over the longitudinal direction of the heater 1 so as to be substantially perpendicular to the discharge direction. The surface of the mesh member 3 on the side of the heater 1 is coated with an electric insulating material to form an electric insulating layer 4. The metal oxide 10 b is mainly held by the heater 1 for heating, and comes into contact with the mesh member 3. The metal oxide 10b and the mesh member 3 are exposed outside the gas discharge tube direct heat type cathode C1 so that the surface of the metal oxide 10b and the surface of the mesh member 3 become discharge surfaces. The mesh member 3 contacts the surface of the object 10b.

Description

ショットキー効果関連の式

ここで、Ｉｉ：イオン電流
Ｉｅ：エミッション電流
Ｉｔｈ：熱電子電流
Ｉｓｅ：二次電子電流
Ｉｄ：放電電流
Ｖｃ：陰極降下電圧
γ：二次電子放出に関わる係数（利得）
α、Ｖｏ：パラメータ
Ｓ：電極表面積
Ａ：材料で決定される定数
Ｔ：陰極温度
ｅ：電子負荷
φ：仕事関数
ｋ：ボルツマン定数
εｏ：真空中の誘電率
Ｅ：陰極降下部の電界強度
次に、ガス放電管におけるイオン電流（Ｉｉに相当）とエミッション電流（電子：Ｉｅに相当）について考察する。電子の静止質量が９．１０９×１０^−３１ｋｇであるのに対して、元素の中で最も軽い水素でも１．６７５×１０^−２７ｋｇと電子に比べ格段に重い。更に、電離ガスは陰極に吸寄せられて衝突するのに対して、電子の場合は、陰極から引き離されることから、電離ガスの衝撃力が電子の衝撃力を上回り、電離ガスの陰極に与える損傷は電子に比べて大きい。以上のことからイオン電流の陰極に対する有害性が分かる。一方、ガス放電管の発光および放電現象の観点から見ると、電離ガスが、発光物質として寄与するほか、真空中に比べ、イオン電流に依存して多くの放電電流を空間中に引き出す効用がある。ガス放電管においては、イオン電流の功罪を加味しつつ、陰極に対する影響を最小限に保つことが寿命特性、安定性を図る上で大切である。
ボックス電位は、陰極降下電圧に近似し、ガスの励起、電離状態を相対的に示していて、電離ガス発生量の目安となる。ボックス電位が低ければ低いほど、電離ガス生成量は少ないことを意味している。
ガス放電での放電形態としては、イオン電流、熱電子放出、二次電子放出の３形態あることは、上述した。熱電子放出は、易電子放射物質としての、バリウム等の金属酸化物を加熱することで起きる。熱電子放出は、放電開始時に、ガス電離を起こし、放電を開始させる役目が有る。放電を開始した後、ガス放電の場合、易電子放射物質としての金属酸化物から放出される熱電子に引き寄せられる形で電離ガスが衝突してくる。その際、電離ガス衝突により、主に電気導体と易電子放射物質としての金属酸化物の界面上から二次電子放出が起きる。ガス放電の場合、単位面積あたりの放電電流密度が、真空放電に比べ数十倍から数百倍にもなり、全放電電流中の大半が二次電子放出で形成される。
二次電子の供給に関し、易電子放射物質としての金属酸化物の電気抵抗率は、電気導体に比べ格段に大きく、易電子放射物質としての金属酸化物単体での供給には限界があり、二次電子の供給の多くは電気導体を介して供給され、易電子放射物質としての金属酸化物との界面上から放出される。電気導体への二次電子の基となる電子供給は、直接外部回路から供給される場合と、易電子放射物質としての金属酸化物との接触面を介して行われる場合がある。電気導体と界面を成さない易電子放射物質としての金属酸化物上からも熱電子放出が起きるが、上述したように、二次電子の供給に関し、易電子放射物質としての金属酸化物単体での供給には限界があり、二次電子放出量は少なく、ガス放電中に占める易電子放射物質としての金属酸化物単体からの放電電流の絶対量はきわめて少ない。以上整理すると、ガス放電における陰極で、主に電子放出を担う場所は、電気導体と易電子放射物質としての金属酸化物界面である。
次に、図１７及び図１８を参照して、等電位界面モデルに関して説明する。図１７は、横軸をヒータ印加電圧（Ｖｆ）、つまり陰極への強制加熱量による陰極温度の増減軸とし、縦軸を陰極降下電圧（ボックス電位）（Ｖｃ）とした線図（モデル図）である。図１８は、横軸を同じくヒータ印加電圧（Ｖｆ）とし、縦軸を放電電流（Ｉｄ）とした線図（モデル図）である。ただし、図１８の放電電流（Ｉｄ）は一定として、縦軸は、熱電子電流、二次電子電流、イオン電流の構成割合（領域分布）を表している。図１７の縦軸は、高低を表している。
陰極温度の構成要因は、ヒータ印加電圧（Ｖｆ）、つまり陰極への強制加熱量の他に、電離ガスの陰極への衝突時に発生する通称、自己加熱量が有り、この合計熱量により決まる。図１７左側の陰極温度が低い、つまり強制加熱量が少ない、あるいは放熱面積が大きく、陰極からの損失熱量が多い領域では、熱電子生成量が少なく、これを補う形でイオン電流が支配的になり、陰極降下電圧が電離電圧以上となり、電離ガスの生成を加速している。この領域で、陰極表面の電位分布が不均一である場合は、イオン電流、二次電子電流の集中による局所的な放電（放電位置の偏在）が生じ易く、電離ガス衝撃による陰極表面への損傷が大きく、陰極物質材（易電子放射物質としての金属酸化物）の削り取り（スパッタ）、還元金属との酸化による安定化（鉱物化）を招き易い。
これに対して、図１７左側の陰極温度が高い、つまり強制加熱量が多い、あるいは放熱面積が小さく、陰極への蓄熱量が多い領域では、熱電子生成量が過剰となり、これを補う形でイオン電流は減少し、陰極降下電圧が電離電圧以下なる。しかし、陰極温度が上昇し陰極構成物の蒸気圧を高め、蒸発による易電子放射物質としての金属酸化物の消失を招き易い。陰極への熱量の過不足は、上述した理由により好ましくない。動作領域の目安としては、ボックス電位（陰極降下電圧）で言うと、電離電圧近辺での動作が適している。
ところで、このモデルの構成要素の中で、重要な要素として、放電面積がある。これは、関係式中の電極表面積（Ｓ）と同義とみなせる。先に述べたように、ガス放電では、電気導体と易電子放射物質としての金属酸化物界面上からの電子放出が、放電主体を成している。これに加え、温度均一性に止まらず、電位的にも均一（等電位）であるか否かによって放電面積は変わる。つまり、放電面積は等電位面の面積、あるいは等電位面部の長さに比例することとなり、等電位面が広い、あるいは長いほど、電極表面積（Ｓ：放電面積）が増加し、上記（５）式から、熱電子電流（Ｉｔｈ）の割合が増加し、上記（１）式よりイオン電流量が減少し、イオン電流、二次電子電流は等電位面に分散し、図１８のモデルの細線部（等電位化前）はモデルの太線側（等電位化後）に領域分布がシフトすることになり、上記（３）式から図１７のボックス電位（陰極降下電圧）が低下する。今回の等電位面と金属酸化物、ガスの等電位界面構造を採用し、熱電子量が増加することで、放電電流中のイオン電流量が減少し、図１７のボックス電位が下がる理由を説明できる。
以上のことから、ガス放電において、従来の等電位化されていない陰極に比べ、イオン電流量を減少させることで、単位放電面積あたりの電離ガス衝撃を緩和させることができ、その結果、陰極への負荷が軽減し、熱電子放出能の低下が少なく、寿命特性が改善され、これに伴い、放電位置の移動も少なく、安定性の改善を図れることが分かる。
次に、等電位面のガス放電管への有効性について、考察する。真空放電での放電形態としては、熱電子放出のみでほぼ言い表すことができ、ガス放電の放電形態とは異なると、先に述べた。真空放電中での放電面積は、熱電子放出面にある易電子放射物質としての金属酸化物により形成された表面積で決まるといえる。従って、熱電子放出のほか、イオン電流、二次電子放出からなる放電形態を有するガス放電管における放電面積構成要素と真空放電中の放電面積構成要素とが異なり、ガス放電における陰極で、主に電子放出を担う場所は、電気導体と易電子放射物質としての金属酸化物界面であるから、放電面として、電気導体から形成されて電位をほぼ等しくした、等電位面がガス放電において有効であることを見出した。
更に、等電位面の形成手段に使う材料をメッシュ状（細線構造）とすることで、放熱面となる表面積と、熱伝導部となる体積を極力増やさず、結果的に熱損失量を抑える。金属酸化物と等電位面の接触部を増し、結果的に放電面積を増やす。以上のことから、等電位面の形成手段に使う材料をメッシュ状（細線構造）とすることで、等電位面の効果をより高めることを見出した。
従来のように、陰極表面の電位分布が不均一である場合は、発熱量もそれに伴い不均一となるため、熱電子の生成密度も不均一となり、イオン電流、二次電子電流の集中による局所的な放電（放電位置の偏在）が生じることになる。そして、局所的な放電は、陰極物質材（易電子放射物質としての金属酸化物）の削り取り（スパッタ）、還元金属との酸化による安定化（鉱物化）、つまり熱電子放出能の低下を招き、放電位置が次なる熱電子放出特性のよい位置へと移動する。このように、局所的な熱電子放出劣化を繰り返しながら、陰極表面を劣化させることになる。また、上述した放電位置の移動により、放電自体が不安定になってしまう。
また、本発明者らは、実開昭５８−６０８５２号公報に開示されたような電極構造では、通電（始動予熱通電）時に電極と金属網とがショート（短絡）して、電位差が発生せず予熱されないために、熱陰極としての機能を発揮できない惧れがあるという問題点を有していることも見出した。
かかる調査研究結果を踏まえ、本発明に係るガス放電管用直熱型電極は、ガスが気密封止されたガス放電管に用いられるガス放電管用直熱型電極であって、易電子放射物質としての金属酸化物と、金属酸化物を加熱する加熱用ヒータと、金属酸化物の最表面側部分に当該金属酸化物に接触して設けられる電気導体とを有しており、加熱用ヒータと電気導体とは電気的に絶縁されていることを特徴としている。
本発明に係るガス放電管用直熱型電極では、電気導体により金属酸化物の表面部分に等電位面が実効的に形成されるので、形成された等電位面の広い領域で熱電子放出が起きるために放電面積が増加し、単位面積当りの電子放出量（電子放出密度）が大きくなり、放電位置における負荷が軽減されることになる。これにより、局所的な放電の発生を抑制でき、電極の長寿命化を図ることができる。また、放電位置の移動も抑制されることになるため、長時間にわたって安定した放電を得ることができる。また、電気導体は加熱用ヒータに対して電気的に絶縁された状態で設けられているので、通電時に電気導体と加熱用ヒータとが短絡するのを抑制でき、確実に予熱を行うことができる。また、放電面積が増加したことに関連して、電流密度を若干上げて、負荷をやや増す、つまり、放電電流を増しても、従来のものに比べ損傷を小さくでき、従来のものとほぼ同一形状で、大放電電流のガス放電管用直熱型電極を提供でき、パルス動作、大電流動作を実現することができる。
また、電気導体は、所定長さを有しており、加熱用ヒータの長手方向にわたって設けられていることが好ましい。このように構成した場合、電気導体により複数の放電点あるいは放電線からなる放電面の電位がほぼ等しくなり、劣化要因である金属酸化物のスパッタ、還元金属との酸化による安定化（鉱物化）、つまり熱電子放出能の低下を抑制することができ、放電位置の移動も抑制することができる。この結果、電極の長寿命化及び安定した放電を得ることができる。
また、電気導体は、メッシュ状に形成された高融点金属であることが好ましい。このように、電気導体がメッシュ状に形成された高融点金属であることにより、熱電子放出能の低下及び放電位置の移動を抑制し得る構成の電気導体を低コスト且つより一層簡易に実現することができる。また、電気導体が剛体となるために、加工が容易であると共に、金属酸化物に密接して設けることができる。また、電気導体がメッシュ状に形成された高融点金属である場合には、高融点金属と金属酸化物とが接触する箇所を容易に多く設けることができる。
また、電気導体の表面には、電気絶縁層が形成されていることが好ましい。このように、電気導体の表面に電気絶縁層が形成されることにより、放電時における電気導体と加熱用ヒータとの短絡を確実に抑制し得る構成を低コスト且つ簡易に実現することができる。
また、開口部を有する電気絶縁性部材を有し、電気絶縁性部材は、電気導体と加熱用ヒータとの間に設けられており、金属酸化物は、電気絶縁性部材の開口部を介して電気導体に接触するように設けられていることが好ましい。このように構成した場合には、放電時における電気導体と加熱用ヒータとの短絡を確実に抑制し得る構成を低コスト且つ簡易に実現することができる。
また、電気絶縁性部材は、その側壁部分に開口部が形成された筒状部材であって、加熱用ヒータは、筒状部材の内側に設けられ、電気導体は、筒状部材の外側に設けられていることが好ましい。このように構成した場合には、放電時における電気導体と加熱用ヒータとの短絡を確実に抑制し得る構成をより一層低コスト且つ簡易に実現することができる。
また、金属酸化物は、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）の内のいずれか単体の酸化物、又はこれらの酸化物の混合物あるいは希土類金属の酸化物を含んでいることが好ましい。このように、金属酸化物がバリウム、ストロンチウム、カルシウムの内のいずれか単体の酸化物、又はこれらの酸化物の混合物あるいは希土類金属の酸化物を含んでいることにより、電子放射部における仕事関数を効果的に小さくすることが可能となり、熱電子の放出が容易となる。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照しながら本発明によるガス放電管用直熱型電極の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極の概略斜視図であり、図２は、同じく第１実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極の概略断面図である。なお、図１は、易電子放射物質としての金属酸化物を設けていない状態を示している。また、本実施形態においては、ガス放電管用直熱型電極を陰極（ガス放電管用直熱型陰極）に適用した例を示す。
ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１は、図１及び図２に示されるように、加熱用ヒータ１と、メッシュ状部材３（電気導体）と、易電子放射物質（陰極物質）としての金属酸化物１０ａ，１０ｂとを有している。加熱用ヒータ１は、直径０．０７ｍｍのタングステン素線を二重に巻回したフィラメントコイルからなり、このタングステンフィラメントコイルの表面には、金属酸化物１０ａが被覆されている。
金属酸化物１０ａとしては、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）の内のいずれか単体の酸化物、又はこれらの酸化物の混合物、あるいは、主構成要件がバリウム、ストロンチウム、カルシウムの内のいずれか単体の酸化物、又はこれらの酸化物の混合物であり副構成要件がランタン系を含む希土類金属（周期律表のＩＩＩａ）である酸化物が用いられる。バリウム、ストロンチウム、カルシウムは、仕事関数が小さく、熱電子を容易に放出することができ、熱電子供給量を増加させることができる。また、副構成要件として希土類金属（周期律表のＩＩＩａ）を添加した場合、熱電子供給量を更に増加させることができると共に、耐スパッタ性能を向上することもできる。金属酸化物１０ａは、陰極物質材として金属炭酸塩（たとえば、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸カルシウム等）の形で塗布され、塗布された金属炭酸塩を真空加熱分解することにより得られる。なお、加熱用ヒータ１への通電により真空加熱分解を行う場合、直流加熱分解に比べ交流加熱分解の方が好ましい。
メッシュ状に形成されたメッシュ状部材３は、導電性を有する剛体（金属導体）で、周期律表のＩＩＩａ〜ＶＩＩａ、ＶＩＩＩ、Ｉｂ族に属し、具体的にはタングステン、タンタル、モリブデン、レニウム、ニオブ、オスミウム、イリジウム、鉄、ニッケル、コバルト、チタン、ジルコニウム、マンガン、クロム、バナジウム、ロジウム、希土類金属等の高融点金属（融点１０００℃以上）の単体金属もしくはこれらの合金からなる。本実施形態においては、直径０．０３ｍｍのタングステン素線をメッシュ状に編んだメッシュ状部材を用いている。メッシュ状部材３におけるメッシュの大きさは、８０メッシュとされている。
メッシュ状部材３は、所定長さを有しており、加熱用ヒータ１の外側に加熱用ヒータ１の長手方向にわたって、放電方向に略直交するように配設されている。このメッシュ状部材３は、易電子放射物質（陰極物質）としての金属酸化物１０ｂの最表面側部分に設けられることになる。また、メッシュ状部材３は、加熱用ヒータ１側となる面（放電面とは反対側の面）の一部あるいは全体に、電着法等により電気絶縁材料（たとえば、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリカ等）が被覆されて電気絶縁層４が形成されている。なお、メッシュ状部材３を加熱用ヒータ１の接地側の端子に接続する接続部を設け、メッシュ状部材３を確実に保持するようにしてもよい。
本第１実施形態のガス放電管用直熱型陰極Ｃ１においては、加熱用ヒータ１の外側（外周）にメッシュ状部材３を設けた状態において、メッシュ状部材３の表面側（放電面側）から上述した金属炭酸塩を塗布、充填して、充填した金属炭酸塩を真空加熱分解することにより金属酸化物１０ｂを設けるようにしている。このようにして得られた金属酸化物１０ａ，１０ｂが最終的に易電子放射物質となる。なお、金属炭酸塩は、加熱用ヒータ１の全周を覆うように塗布する必要はなく、放電面側となるメッシュ状部材３が設けられている側の部分のみに塗布するようにしてもよい。金属酸化物１０ｂとしては、上述した金属酸化物１０ａと同様に、バリウム、ストロンチウム、カルシウムの内のいずれか単体の酸化物、又はこれらの酸化物の混合物、あるいは、主構成要件がバリウム、ストロンチウム、カルシウムの内のいずれか単体の酸化物、又はこれらの酸化物の混合物であり副構成要件がランタン系を含む希土類金属である酸化物が用いられる。
金属酸化物１０ｂは、上述したようにして設けられることにより、主として加熱用ヒータ１に保持されることになり、メッシュ状部材３に接触することになる。金属酸化物１０ｂ及びメッシュ状部材３は、金属酸化物１０ｂの表面及びメッシュ状部材３の表面が放電面となるように、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の外側に露出しており、金属酸化物１０ｂの表面部分にメッシュ状部材３が接触するようになっている。
なお、上記した金属酸化物以外には、熱電子供給源としてほう化ランタン等の金属ほう化物、金属炭化物、金属窒化物等を用いることも考えられるが、これらの金属ほう化物、金属炭化物、金属窒化物等はガス放電管用の熱陰極としての熱電子供給源としての実績が乏しく、主副構成要件として加える意味はない。ただし、熱電子供給源以外の効果、たとえば放電部以外での熱放散量を抑制するための絶縁効果向上等のために陰極周辺部に使用することがある。
また、予め金属酸化物１０ｂを保持させた加熱用ヒータ１にメッシュ状部材３を接触させて配設することによりガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を構成することも可能であるが、メッシュ状部材３と金属酸化物１０ｂとを確実に接触させる状態とするためには、上述したように、加熱用ヒータ１の外側にメッシュ状部材３を配設した状態で陰極物質材としての金属炭酸塩を塗布し、その後金属炭酸塩を金属酸化物１０ｂに変えるほうが好ましい。
以上のことから、第１実施形態のガス放電管用直熱型陰極Ｃ１においては、金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）に接触してメッシュ状部材３が設けられているので、メッシュ状部材３は、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の放電面（金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）の表面及びメッシュ状部材３の表面）において等電位面を実効的に形成することになる。すなわち、メッシュ状部材３は、複数の電気配線（導電路）で構成され、かつ単一の方向へ電流が流れるよう規制されることはない。したがって、メッシュ状部材３の表面の端々間の電気抵抗は著しく小さく、メッシュ状部材３の表面においてはほぼ等電位状態となっており、複数の放電点あるいは放電線からなる放電面の電位はほぼ等しくなる。言い換えると、メッシュ状部材３により、放電面内において放電面に平行な方向に放電電流が流れ得る複数の電気回路が形成、つまり、放電電子（エミッション）の通り路（等電位回路）が複数形成されることとなる。
これにより、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１では、金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）に接触するメッシュ状部材３により等電位面が実効的に形成されるので、形成された等電位面の広い領域で熱電子放出が起きるために放電面積が増加し、単位面積当りの電子放出量（電子放出密度）が大きくなって、放電位置における負荷が軽減されることになり、劣化要因である金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）のスパッタ、還元金属との酸化による安定化（鉱物化）、つまり熱電子放出能の低下を抑制することができる。この結果、局所的な放電の発生を抑制でき、陰極の長寿命化を図ることができる。また、放電位置の移動も抑制されることになるため、長時間にわたって安定した放電を得ることができる。また、放電面積が増加することから、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の動作電圧及び発生熱量を低くすることもできる。
また、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１にあっては、放電面積が増加したことに関連して、電流密度を若干上げて、負荷をやや増す、つまり、放電電流を増しても、従来のものに比べ損傷を小さくできる。これにより、従来のものとほぼ同一形状で、大放電電流のガス放電管用直熱型陰極を提供でき、パルス動作、大電流動作の実現が可能となる。
また、メッシュ状部材３の表面には電気絶縁層４が形成されており、メッシュ状部材３は、加熱用ヒータ１に対して電気的に絶縁された状態で設けられることとなり、通電時にメッシュ状部材３と加熱用ヒータ１とが短絡するのを抑制でき、確実にガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を予熱することができる。また、メッシュ状部材３の表面に電気絶縁層４を形成することで、放電時におけるメッシュ状部材３と加熱用ヒータ１との短絡を確実に抑制し得る構成を低コスト且つ簡易に実現できる。
また、電気導体としてメッシュ状部材３を用いているので、熱電子放出能の低下及び放電位置の移動を抑制し得る構成の電気導体を低コスト且つより一層簡易に実現することができる。また、メッシュ状部材３（電気導体）が剛体となるために、加工が容易であると共に、金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）に密接して設けることができる。更に、メッシュ状部材３と金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）とが接触する箇所を容易に多く設けることができる。
なお、メッシュ状部材３におけるメッシュの大きさは、小さいほど金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）の露出面積が減少するために、金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）の耐スパッタ性が向上することになる。ただし、二次電子放出を起こすために、理論的には、金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）に衝突してくる励起あるいは電離ガスが通過する程度の大きさは必要である。また、メッシュの大きさを小さくした場合には、等電位面の面積も増加するために、放電面積をより一層増加させることができる。
メッシュ状部材３の保持は、図３に示されるように、加熱用ヒータ１の両端部のそれぞれに接合される導入線５，６のうちの一方の導入線５により行うようにしてもよい。この場合には、メッシュ状部材３に接合された保持ピン７と一方の導入線５とが接合された構成となっている。また、メッシュ状部材３の保持は、図４に示されるように、メッシュ状部材３に接合された保持ピン７に接合された導入線８により行うようにしてもよい。この場合には、ガス放電管外で導入線５と導入線８とが接地されることになる。
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極の概略断面図である。第２実施形態は、電気絶縁性の筒状部材を有している点で第１実施形態と相違する。
ガス放電管用直熱型陰極Ｃ３は、図５に示されるように、加熱用ヒータ１と、メッシュ状部材３と、電気絶縁性の筒状部材３１（電気絶縁性部材）と、易電子放射物質（陰極物質）としての金属酸化物１０ｂとを有している。
筒状部材３１は、電気絶縁性材料（たとえば、アルミナ等）からなり、側壁部分に開口部３３が形成されている。この筒状部材３１の内側には、加熱用ヒータ１が配設されている。メッシュ状部材３は、筒状部材３１の外側に加熱用ヒータ１の長手方向にわたって、放電方向に略直交するように配設されている。メッシュ状部材３は、ワイヤ３５により筒状部材３１に巻き付けられて固定されている。なお、第２実施形態のガス放電管用直熱型陰極Ｃ３においては、メッシュ状部材３が接続部３７を介して加熱用ヒータ１と電気的に接続されるように構成しているが、必ずしもメッシュ状部材３を加熱用ヒータ１と電気的に接続する必要はない。
次に、図６Ａ〜図６Ｃ及び図７Ａ〜７Ｂに基づいて、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ３を製造する（筒状部材３１に対して加熱用ヒータ１及びメッシュ状部材３を配設する）工程の一例を説明する。
まず、図６Ａに示された筒状部材３１の内側に、図６Ｃに示された加熱用ヒータ１を、図７Ａに示されるように、挿入する。なお、筒状部材３１として、図６Ｂに示されるように、開口部３３が筒状部材３１の両端部にわたって形成された、開放された形状の筒状部材を用いるようにしてもよい。
次に、図７Ｂに示されるように、筒状部材３１の開口部３３が形成された部分の外側（外周）にメッシュ状部材３を装着、固定する。メッシュ状部材３の固定は、上述したように、ワイヤ３５を用いてメッシュ状部材３を筒状部材３１に巻き付けることにより行われる。以上の工程により、筒状部材３１の内側に加熱用ヒータ１が配設され、筒状部材３１の外側にメッシュ状部材３が配設されている構成を得ることができる。
また、筒状部材３１として、図８Ａ及び図８Ｂに示されるように、開口部３３が複数に分割された形状の筒状部材４１を用いるようにしてもよい。この場合においても、図８Ａに示された筒状部材４１の内側に、図８Ｃに示された加熱用ヒータ１を、図９Ａに示されるように、挿入し、その後、図９Ｂに示されるように、筒状部材４１の開口部３３が形成された部分の外側（外周）にメッシュ状部材３を装着、固定する。ここで、図８Ａに示された筒状部材４１は、開口部３３が筒状部材４１の周方向に分割されている。なお、筒状部材４１として、図８Ｂに示されるように、開口部３３が筒状部材４１の長手方向に分割されている形状の筒状部材を用いるようにしてもよい。
このように、開口部３３が複数に分割された形状の筒状部材４１を用いることにより、開口部３３の開口面積を広くした状態においてもメッシュ状部材３が開口部３３から筒状部材４１内に凹み難くなる。これにより、メッシュ状部材３を筒状部材４１の外周面上において支持することができ、メッシュ状部材３と加熱用ヒータ１との短絡をより一層確実に抑制することができる。
図５に戻ると、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ３は、易電子放射物質としての金属酸化物１０ｂを有している。金属酸化物１０ｂは、筒状部材３１内に保持され、開口部３３を介してメッシュ状部材３に接触して設けられている。金属酸化物１０ｂ及びメッシュ状部材３は、金属酸化物１０ｂの表面及びメッシュ状部材３の表面が放電面となるように、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ３の外側に露出しており、金属酸化物１０ｂの表面部分にメッシュ状部材３が接触するようになっている。
金属酸化物１０ｂは、上述したように、陰極物質材として金属炭酸塩の形で塗布され、塗布された金属炭酸塩を真空加熱分解することにより得られる。なお、加熱用ヒータ１への通電により真空加熱分解を行う場合、直流加熱分解に比べ交流加熱分解の方が好ましい。このようにして得られた金属酸化物１０ｂが最終的に易電子放射物質となる。陰極物質材としての金属炭酸塩は、図７Ｂに示された、筒状部材３１の内側に加熱用ヒータ１が配設され、筒状部材３１の外側にメッシュ状部材３が配設されている状態において、メッシュ状部材３側から塗布され、開口部３３を通って筒状部材３１内に充填される。
このように、筒状部材３１の内側に加熱用ヒータ１が配設され、筒状部材３１の外側にメッシュ状部材３が配設されている状態において、金属炭酸塩を筒状部材３１内に充填し、その後金属炭酸塩を金属酸化物１０ｂに変えることにより、メッシュ状部材３と金属酸化物１０ｂとを確実且つ容易に接触させる状態とすることができる。
以上のことから、本第２実施形態のガス放電管用直熱型陰極Ｃ３では、第１実施形態と同様に、金属酸化物１０ｂに接触するメッシュ状部材３により等電位面が実効的に形成されるので、形成された等電位面の広い領域で熱電子放出が起きるために放電面積が増加し、単位面積当りの電子放出量（電子放出密度）が大きくなって、放電位置における負荷が軽減されることになり、劣化要因である金属酸化物１０ｂのスパッタ、還元金属との酸化による安定化（鉱物化）、つまり熱電子放出能の低下を抑制することができる。この結果、局所的な放電の発生を抑制でき、陰極の長寿命化を図ることができる。また、放電位置の移動も抑制されることになるため、長時間にわたって安定した放電を得ることができる。また、放電面積が増加することから、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ３の動作電圧及び発生熱量を低くすることもできる。
また、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ３においても、放電面積が増加したことに関連して、電流密度を若干上げて、負荷をやや増す、つまり、放電電流を増しても、従来のものに比べ損傷を小さくできる。これにより、従来のものとほぼ同一形状で、大放電電流のガス放電管用直熱型陰極を提供でき、パルス動作、大電流動作の実現が可能となる。
また、筒状部材３１には開口部３３が形成されており、筒状部材３１の内側に加熱用ヒータ１が配設され、筒状部材３１の外側にメッシュ状部材３が配設され、金属酸化物１０ｂが筒状部材３１内に保持され、開口部３３を介してメッシュ状部材３に接触して設けられていることにより、放電時におけるメッシュ状部材３と加熱用ヒータ１との短絡を確実に抑制し得る構成をより一層低コスト且つ簡易に実現することができる。
また、筒状部材３１内に金属酸化物１０ｂが保持されるので、金属酸化物１０ｂの落下等を確実に防ぐことができる。
次に、図１０〜図１２に基づいて、上述した構成のガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を用いたガス放電管について説明する。図１０は、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を用いたガス放電管の全体斜視図、図１１はその発光部の分解斜視図、図１２は発光部の横断面図である。本実施形態においては、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１をサイドオン型の重水素ガス放電管に適用している。なお、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の代わりにガス放電管用直熱型陰極Ｃ３を用いるようにしてもよい。
重水素ガス放電管ＤＴ１は、ガラス製の外周器６１を有している。外周器６１の内部には、図１０に示されるように、発光部組立体６２が収容され、外周器６１の底部はガラス製のステム６３により気密に封止されている。発光部組立体６２の下部からは４本のリードピン６４ａ〜６４ｄが延び、ステム６３を貫通して外部に露出している。発光部組立体６２は、共にアルミナ製の放電遮蔽板（放電遮蔽部）７１及び支持板７２を貼り合わせた遮蔽箱構造と、放電遮蔽板７１の前面に取り付けられた金属製の前面カバー７３とを有している。
図１１に示されるように、断面形状が凸型の支持板７２の後部には縦方向に貫通穴が形成され、ここにリードピン６４ａが挿入されてステム６３に保持されている。支持板７２の前面には下方に向かって縦に伸びる凹型溝が形成され、ここにステム６３から伸びるリードピン６４ｂが没入され、これらによって支持板７２はステム６３に固定される。リードピン６４ｂには四角形平板の陽極７４が前方に向かって固定され、支持板７２の前面に形成された２個の凸部と接することで保持される。
また、図１１に示されるように、放電遮蔽板７１は支持板７２に比べて薄型かつ幅広の凸型断面構造をなし、中央部の陽極７４と対応する位置には貫通穴７１ａが形成される。放電遮蔽板７１の凸部の側方には縦方向に貫通穴が形成されここにＬ字型に折り曲げた電極棒８１が挿通されている。そして、放電遮蔽板７１を支持板７２に貼り合わせた状態で、電極棒８１の下端とＬ字型に折り曲げられたリードピン６４ｃの先端とが溶接される。電極棒８１の側方に伸びた先端部には、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の上側電極棒８２が溶接され、下側電極棒８３は、放電遮蔽板７１と支持板７２を貼り合わせた状態において、Ｌ字型に折り曲げられたリードピン６４ｄの先端に溶接される。
金属製の収束電極７６は、図１１に示されるように、中間部に放電遮蔽板７１の貫通穴７１ａと同軸上に収束開口７６ａを形成したＬ字型の金属板を、上部で後方に、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１方向の側部で前方に、それぞれ折り曲げて構成され、側部にガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を臨むための長方形状縦長の開口７６ｂが形成されている。そして、放電遮蔽板７１、支持板７２及び収束電極７６にはそれぞれ対応する位置に４個づつの貫通穴が形成されている。従って、放電遮蔽板７１、支持板７２及び収束電極７６を貼り合わせた状態において、Ｕ字状に折り曲げた２本の金属製のピン８４、８５を差込むことでこれらをステム６３に固定できる。
図１０及び図１１に示すように、金属製の前面カバー７３は４段に折り曲げた断面Ｕ字型をなし、中央部に投光用の開口窓７３ａが形成されている。そして両端部には２個づつの凸部７３ｂが形成されており、これが放電遮蔽板７１の前面端部に形成された４個の貫通開口７１ｂと対応している。従って、この凸部７３ｂを貫通開口７１ｂに差込むことで前面カバー７３は放電遮蔽板７１に固定され、この状態で収束電極７６の前方端部は前面カバー７３の内面に接触し、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１が配置される空間と発光空間とが分離される。
図１１及び図１２によれば、収束電極７６は中央部に放電遮蔽板７１の貫通穴７１ａと同軸上に収束開口７６ａを有しているが、ここには開口径を制限するための開口制限板７８が溶接で固定されている。尚、開口制限板７８は、収束開口７６ａの周囲で陽極７４の方向に屈曲され、従って放電遮蔽板７１の厚さよりも陽極７４と開口制限板７８の開口の距離の方が小さくなっている。
このように組み立てられた発光部６２内における各電極の配置は、図１２に示す通りである。陽極７４は放電遮蔽板７１及び支持板７２に挟まれて固定され、収束電極７６に溶接された開口制限板７８は、放電遮蔽板７１の貫通穴７１ａを介して陽極７４と向合う配置で、放電遮蔽板７１に固定される。ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１は、放電遮蔽板７１、前面カバー７３並びに収束電極７６の長方形開口７６ｂを有する面により包囲された空間内であって、長方形開口７６ｂを通して開口制限板７８を臨む位置に配置される。
次に、図１２を参照して重水素ガス放電管ＤＴ１の動作について説明する。ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１が十分に加熱された後、陽極７４とガス放電管用直熱型陰極Ｃ１との間にトリガ電圧が印加され放電が開始する。このときの熱電子の流路は、収束電極７６の開口制限板７８による収斂並びに放電遮蔽板７１及び支持板７２による遮蔽効果によって、経路９１（破線に挟まれた部分で図示される）ただ一つに限定される。即ち、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１から放出された熱電子（図示せず）は収束電極７６の長方形開口７６ｂから開口制限板７８を通過し、放電遮蔽板７１の貫通穴７１ａを通り陽極７４へと至る。アーク放電によるアークボール９２は開口制限板７８の前部空間であって陽極７４とは反対側の空間に発生する。そしてアークボール９２から取り出される光は、前面カバー７３の開口窓７３ａを通っておよそ矢印９３の方向に発せられる。
このように、本実施形態の重水素ガス放電管ＤＴ１では、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を用いることで、寿命が長く且つ動作の安定した重水素ガス放電管を実現することができる。
なお、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１は、上述した重水素ガス放電管ＤＴ１以外のガス放電管、たとえば管頂部より光を取り出すヘッドオン型重水素ガス放電管、希ガス蛍光ランプ、あるいは、水銀蛍光ランプ等の電極（ガス放電管用直熱型電極）として用いることもできる。詳しくは、本発明のガス放電管用直熱型電極を用いたガス放電管には、本発明のガス放電管用直熱型電極を含む対をなす放電用電極を有し、内面に蛍光体膜が形成された密閉容器を有し、密閉容器に対して希ガスを封入した希ガス蛍光ランプある。本発明のガス放電管用直熱型電極を用いたガス放電管には、本発明のガス放電管用直熱型電極を含む対をなす放電用電極を有し、密閉容器を有し、密閉容器に対して希ガスと水銀とを封入した水銀ランプがある。本発明のガス放電管用直熱型電極を用いたガス放電管には、本発明のガス放電管用直熱型電極を含む対をなす放電用電極を有し、内面に蛍光体膜が形成された密閉容器を有し、密閉容器に対して希ガスと水銀とを封入した蛍光ランプがある。
また、本発明のガス放電管用直熱型電極は、放電が分散する特徴を生かして、図１３に示されるように、容器５１外部に電極５２を有し、容器５１内部にガス放電管用直熱型陰極Ｃ１，Ｃ３を有し、容器５１内部に希ガスを封入し、高周波電源５３を使い駆動する片側外部電極型ランプに用いることができる。このように、本発明のガス放電管用直熱型電極は、上述した低圧ガスランプ等に用いることができる。
次に、図１４に基づいて、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を用いた重水素ガス放電管ＤＴ１に適した点灯装置について説明する。図１４は、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を用いた重水素ガス放電管ＤＴ１の点灯装置を示す回路図である。
点灯装置１０１は、重水素ガス放電管ＤＴ１のガス放電管用直熱型陰極Ｃ１と陽極７４との間に接続される電源としての定電流電源１０３と、陽極７４と収束電極７６との間に接続され、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１と収束電極７６との間にトリガ放電を発生させるための補助点灯回路部１１１と、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１と陽極７４との間に接続され、加熱用ヒータ１に所定の期間通電し所定の期間が経過した後は加熱用ヒータ１への通電を遮断するための通電遮断切替回路部１２１と、陽極７４と定電流電源１０３との間に直列接続して設置した電流検知用の固定抵抗器１３１とを有している。
定電流電源１０３は、直流開放電圧約１６０Ｖを供給すると共に、定常電流約３００ｍＡを供給する。この定電流電源１０３には、放電安定用の負性抵抗１０５、ダイオード１０７とが直列に接続されている。負性抵抗１０５は、５０〜１５０Ω程度に設定されている。
補助点灯回路部１１１は、陽極７４と収束電極７６との間に直列接続して設置した固定抵抗器１１３と、この固定抵抗器１１３に並列接続したコンデンサ１１５と、を含んでいる。通電遮断切替回路部１２１は、グロー管１２３を含んでいる。なお、補助点灯回路部１１１と収束電極７６との間に、重水素ガス放電管ＤＴ１の動作（点灯）後に開かれるスイッチを設けるようにしてもよい。また、グロー管１２３を使ったグロースタータ式に替えて、タイマ機能を有する半導体素子を用いた電子スタート式、タイマ機能の有無を問わず機械式（有接点）スイッチを用いるようにしてもよい。
次に、点灯装置１０１の動作について、図１５Ａ〜図１５Ｆ及び図１６Ａ〜図１６Ｅに基づいて説明する。
図１４には示されていないが、重水素ガス放電管ＤＴ１の点灯装置１０１の主電源スイッチをオン（始動）にすると、定電流電源１０３からグロー管１２３に電力が供給されてグロー管１２３においてグロー放電が発生し、グロー管１２３の電極が互いに接触することにより、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の加熱用ヒータ１に電力が供給されて、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１が予熱される（図１５Ａ〜図１５Ｆ及び図１６Ａ〜図１６Ｅにおける期間Ａ１）。このとき、定電流電源１０３からガス放電管用直熱型陰極Ｃ１と陽極７４との間に電圧約１３０Ｖが印加されており、陽極７４からガス放電管用直熱型陰極Ｃ１に向う電界が発生している。
このようにトリガ放電の準備が整ったときに、グロー管１２３においてグロー放電が止まり、グロー管１２３の電極が離れることにより、定電流電源１０３から並列接続したコンデンサ１１５及び固定抵抗器１１３を介して収束電極７６に電位約１３０Ｖを発生させ、トリガ放電がガス放電管用直熱型陰極Ｃ１と収束電極７６との間に発生する（図１５Ａ〜図１５Ｆ及び図１６Ａ〜図１６Ｅにおける期間Ａ２）。
そして、このようにトリガ放電を発生させることにより、アーク放電をガス放電管用直熱型陰極Ｃ１と陽極７４との間に発生させ、定電流電源１０３からガス放電管用直熱型陰極Ｃ１と陽極７４との間に供給する電流約３００ｍＡに基づいて、主電源スイッチをオフするまでアーク放電が安定して持続する（図１５Ａ〜図１５Ｆ及び図１６Ａ〜図１６Ｅにおける期間Ａ３）。なお、重水素ガス放電管ＤＴ１が動作（点灯）している間、固定抵抗器１３１により、定電流電源１０３から重水素ガス放電管ＤＴ１に印加される電圧は、始動時の約１６０Ｖから約１２０Ｖに低下することになる。
ところで、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を用いた重水素ガス放電管ＤＴ１においては、下記の（７）式及び（８）式の関係で駆動可能であることから、

ここで、Ｉ_ｆ０：始動時の加熱用ヒータへの初期供給電流
Ｉｐ　：放電電流
Ｖ_ｆ１：動作中の加熱用ヒータへの印加電圧
この点灯装置１０１では、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を用いた重水素ガス放電管ＤＴ１を点灯させるための点灯装置を実現することができる。また、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の予熱用、トリガ放電（初期ガス電離による放電）開始用、及び、主放電用の電源を１つの定電流電源１０３で賄うことができ、特にガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の予熱（加熱用ヒータ）用の電源が不要となり、大幅な部品点数の削減及び構成の簡略化を図ることができる。
また、点灯装置１０１では、通電遮断切替回路部１２１がグロー管１２３を含んでいるので、通電遮断切替回路部１２１を簡易且つ低コストで実現できる。更に、補助点灯回路部１１１は、コンデンサ１１５を含んでいるので、補助点灯回路部１１１を簡易且つ低コストで実現できる。また、補助点灯回路部１１１は、固定抵抗器１１３を含んでいるので、重水素ガス放電管ＤＴ２の点灯性を向上することができる。
また、点灯装置１０１では、電流検知用の固定抵抗器１３１を有しているので、重水素ガス放電管ＤＴ１の動作時の電圧を下げることができ、重水素ガス放電管ＤＴ１の消費電力を低減することができる。
なお、第１及び第２実施形態においては、電気導体として、高融点金属を用いるようにしているが、これに限られることなく、厚さの薄い多孔質金属、炭素繊維等を用いるようにしてもよい。また、金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）の耐スパッタ性向上、放電性向上のために、タンタル、チタン、ニオブ等の窒化物あるいは炭化物を金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）の表面、あるいは加熱用ヒータ１、あるいはメッシュ状部材３に付着させるようにしてもよい。
また、第１及び第２実施形態の更なる変形例として、複数の加熱用ヒータ１を並列に設け、これらの加熱用ヒータ１にわたって、メッシュ状部材３を設けるようにしてもよい。
また、第１及び第２実施形態においては、メッシュ状部材３の表面の表面が露出するようにしているが、必ずしもこれらを露出させる必要はなく、金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）にメッシュ状部材３が接触しているのであれば、メッシュ状部材３の表面が金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）に覆われていてもよい。
また、第１及び第２実施形態においては、加熱用ヒータ１に予め金属酸化物１０ａを被覆しているが、金属酸化物１０ａが被覆されていない加熱用ヒータ１を用いて、この加熱用ヒータ１の外側にメッシュ状部材３を設けた状態において、金属炭酸塩を塗布、充填して、金属酸化物１０ｂを設けるようにしてもよい。ただし、加熱用ヒータ１に金属酸化物１０ｂを確実に保持させることができるので、加熱用ヒータ１に予め金属酸化物１０ａを被覆しておくことが好ましい。
また、第１及び第２実施形態においては、メッシュ状部材３を折り返し、あるいは積層することにより厚みを持たせ、金属酸化物１０の保持量の増量、保持性能の向上を図るようにしてもよい。
また、第２実施形態においては、筒状部材３１，４１を用いているが、電気絶縁性部材としての形状は、筒状に限られるものではない。メッシュ状部材３と加熱用ヒータ１とが電気的に絶縁された状態とされるのであれば、たとえば開口部３３を有した板状の電気絶縁性部材を用いるようにしてもよい。また、開口部３３の形状、大きさ、数等も、上述した実施形態に限られるものではなく、適宜変更して設定することができる。
産業上の利用可能性
本発明のガス放電管用直熱型電極は、希ガスランプ、希ガス蛍光ランプ、水銀ランプ、水銀蛍光ランプ、重水素ランプ等の直熱型電極（直熱型陰極）に利用できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を示す概略斜視図である。
図２は、第１実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を示す概略断面図である。
図３は、第１実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を示す概略斜視図である。
図４は、第１実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を示す概略断面図である。
図５は、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を示す概略断面図である。
図６Ａは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図６Ｂは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図６Ｃは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図７Ａは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図７Ｂは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図８Ａは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図８Ｂは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図８Ｃは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図９Ａは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図９Ｂは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図１０は、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管を示す全体斜視図である。
図１１は、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の発光部の分解した状態における斜視図である。
図１２は、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の発光部の横断面図である。
図１３は、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いた片側外部電極型ランプを示す構成図である。
図１４は、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置を示す回路図である。
図１５Ａは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電圧特性を示すタイムチャートである。
図１５Ｂは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電圧特性を示すタイムチャートである。
図１５Ｃは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電圧特性を示すタイムチャートである。
図１５Ｄは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電圧特性を示すタイムチャートである。
図１５Ｅは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電圧特性を示すタイムチャートである。
図１５Ｆは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電圧特性を示すタイムチャートである。
図１６Ａは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電流特性を示すタイムチャートである。
図１６Ｂは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電流特性を示すタイムチャートである。
図１６Ｃは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電流特性を示すタイムチャートである。
図１６Ｄは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電流特性を示すタイムチャートである。
図１６Ｅは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電流特性を示すタイムチャートである。
図１７は、ガス放電管における、ヒータ印加電圧と陰極降下電圧（ボックス電位）との関係を示す線図である。
図１８は、ガス放電管における、ヒータ印加電圧と放電電流との関係を示す線図である。Technical field
The present invention relates to a direct heat type electrode for a gas discharge tube.
Background art
As this type of direct heat type electrode for a gas discharge tube, for example, the one disclosed in Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 58-60852 is known. The direct heat type electrode for a gas discharge tube (direct heat type cathode for a gas discharge tube) disclosed in Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 58-60852 has an electrode (tungsten filament coil) coated with an electron-emitting substance. It is roughly covered with a metal net, prevents the electron-emitting substance from being scattered and dropped by sputtering at the time of discharge, and can prolong the life of the electrode (fluorescent lamp).
Disclosure of the invention
An object of the present invention is to provide a direct heat type electrode for a gas discharge tube that can suppress occurrence of a short circuit (short circuit) at the time of energization, can prolong the life of the electrode, and obtain a stable discharge.
The inventor of the present invention has compared the conventional direct-heating type electrode for gas discharge tubes (directly-heated cathode for gas discharge tubes) with the discharge surface potential as an experimental factor, focusing on the cathode drop voltage (box potential). As a result, the following fact was newly found.
The equipotential surface, equipotential interface, box potential, and discharge mode to be used hereinafter are defined as follows. The equipotential surface is defined as a state in which a discharge surface that is in a potential equipotential state is formed. The equipotential interface is defined as a structure in which a metal oxide as an electron-emitting material is contact-coated on an equipotential surface and comes into contact with a gas. The box potential is defined as a potential generated between a cathode and a terminal that is electrically insulated from the cathode near the cathode during discharge. This value is close to the cathode drop voltage used as a general term of the discharge physical properties. The ion current is defined as a current generated by an ionized gas in which gas molecules are ionized by colliding electrons with gas molecules in a gas discharge tube. Thermionic emission is an electron emission in which when the temperature of a metal is raised, the thermal kinetic energy increases and electrons jump out into the space beyond the electron energy barrier (work function) of the metal. Electron emission from metal oxides as easily unstable electron emitting materials. Secondary electron emission refers to electron emission in which electrons are pushed out of the cathode into space when the ionized gas collides with the cathode.
When the change in the box potential in the DC operation was compared before and after the potential equalization, a remarkable difference in the box potential was confirmed as shown in FIG. The inventor has created an equipotential interface model and has considered the results of the investigation and research on this phenomenon. The discharge form in the gas discharge can be substantially expressed by three forms of ion current, thermionic emission, and secondary electron emission, and is theoretically expressed by the following relational expression. Incidentally, the discharge form of the vacuum discharge can be almost expressed only by thermionic emission, and is different from the discharge form of the gas discharge.

Schottky effect related formulas

Where Ii: ion current
Ie: emission current
Ith: Thermionic current
Ise: Secondary electron current
Id: discharge current
Vc: cathode drop voltage
γ: coefficient (gain) related to secondary electron emission
α, Vo: parameters
S: Electrode surface area
A: Constant determined by material
T: cathode temperature
e: Electronic load
φ: work function
k: Boltzmann constant
εo: dielectric constant in vacuum
E: Electric field strength at cathode drop
Next, the ion current (corresponding to Ii) and the emission current (electrons: corresponding to Ie) in the gas discharge tube are considered. Electron rest mass is 9.109 × 10 ⁻³¹ kg, whereas the lightest hydrogen among the elements is 1.675 × 10 ⁻²⁷ It is much heavier than kg and electrons. Furthermore, ionized gas is attracted to the cathode and collided with it, while electrons are separated from the cathode. Therefore, the impact force of the ionized gas exceeds the impact force of the electrons, and the ionized gas damages the cathode. Are larger than electrons. From the above, the harmfulness of the ion current to the cathode can be understood. On the other hand, from the viewpoint of the light emission and discharge phenomena of the gas discharge tube, the ionized gas contributes as a light-emitting substance, and has the effect of drawing out more discharge current into the space depending on the ion current than in vacuum. . In a gas discharge tube, it is important to keep the influence on the cathode to a minimum while taking into account the merits and demerits of the ion current in order to improve the life characteristics and stability.
The box potential approximates the cathode drop voltage and relatively indicates the excitation and ionization states of the gas, and is a measure of the amount of ionized gas generated. The lower the box potential, the lower the amount of ionized gas generated.
As described above, there are three forms of gas discharge, namely, ion current, thermionic emission, and secondary electron emission. Thermionic emission is caused by heating a metal oxide such as barium as an easily electron-emitting substance. Thermionic emission has a role of causing gas ionization at the start of discharge to start discharge. After the start of the discharge, in the case of gas discharge, the ionized gas collides with the thermoelectrons emitted from the metal oxide as the electron emitting material. At this time, secondary electron emission occurs mainly from the interface between the electric conductor and the metal oxide as the electron-emitting material due to ionizing gas collision. In the case of gas discharge, the discharge current density per unit area is several tens to several hundred times that of vacuum discharge, and most of the total discharge current is formed by secondary electron emission.
Regarding the supply of secondary electrons, the electrical resistivity of a metal oxide as an easily emitting material is much higher than that of an electric conductor, and there is a limit to the supply of a single metal oxide as an easily emitting material. Most of the supply of secondary electrons is supplied via an electric conductor and is emitted from an interface with a metal oxide as an electron emitting material. Electron supply, which is the basis of secondary electrons to the electric conductor, may be supplied directly from an external circuit, or may be performed via a contact surface with a metal oxide as an electron emitting material. Thermionic emission also occurs from a metal oxide as an easily emitting material that does not form an interface with an electric conductor, but as described above, with respect to the supply of secondary electrons, a single metal oxide as an easily emitting material is used. There is a limit in the supply of GaN, the amount of secondary electron emission is small, and the absolute amount of discharge current from the metal oxide alone as an electron emitting material occupying in gas discharge is extremely small. In summary, the place where the cathode in gas discharge mainly emits electrons is the interface between the electric conductor and the metal oxide as an electron-emitting material.
Next, the equipotential interface model will be described with reference to FIGS. FIG. 17 is a diagram (model diagram) in which the horizontal axis is the heater applied voltage (Vf), that is, the axis for increasing or decreasing the cathode temperature depending on the amount of forced heating of the cathode, and the vertical axis is the cathode drop voltage (box potential) (Vc). It is. FIG. 18 is a diagram (model diagram) in which the horizontal axis represents the heater applied voltage (Vf) and the vertical axis represents the discharge current (Id). Note that, while the discharge current (Id) in FIG. 18 is constant, the vertical axis represents the composition ratio (region distribution) of the thermionic current, the secondary electron current, and the ionic current. The vertical axis in FIG. 17 indicates the height.
Constituent factors of the cathode temperature include a heater application voltage (Vf), that is, a forced heating amount to the cathode, and a so-called self-heating amount generated when the ionized gas collides with the cathode, which is determined by the total heat amount. In the region where the cathode temperature on the left side of FIG. 17 is low, that is, the amount of forcible heating is small, or the heat dissipation area is large, and the amount of heat loss from the cathode is large, the amount of generated thermoelectrons is small. As a result, the cathode drop voltage becomes equal to or higher than the ionization voltage, and the generation of ionized gas is accelerated. If the potential distribution on the cathode surface is non-uniform in this area, local discharge (dislocation of the discharge position) due to concentration of ion current and secondary electron current is likely to occur, and damage to the cathode surface due to ionized gas impact This is likely to cause scraping (sputtering) of a cathode material (metal oxide as an electron emitting material) and stabilization (mineralization) by oxidation with a reduced metal.
On the other hand, in the region where the temperature of the cathode on the left side of FIG. 17 is high, that is, the amount of forcible heating is large, or the heat radiation area is small, and the amount of heat stored in the cathode is large, the amount of generated thermoelectrons becomes excessive. The ion current decreases, and the cathode drop voltage falls below the ionization voltage. However, the cathode temperature rises, the vapor pressure of the cathode component is increased, and the evaporation of the metal oxide as the electron-emitting material easily occurs due to evaporation. Excess or deficiency of the amount of heat to the cathode is not preferable for the above-mentioned reason. As an indication of the operation region, in terms of box potential (cathode drop voltage), operation near the ionization voltage is suitable.
By the way, as an important element in the components of this model, there is a discharge area. This can be regarded as synonymous with the electrode surface area (S) in the relational expression. As described above, in the gas discharge, the discharge mainly consists of the emission of electrons from the interface between the electric conductor and the metal oxide serving as the electron emitting material. In addition to this, the discharge area changes depending on whether or not the potential is uniform (equipotential) as well as the temperature uniformity. In other words, the discharge area is proportional to the area of the equipotential surface or the length of the equipotential surface portion. As the equipotential surface becomes wider or longer, the electrode surface area (S: discharge area) increases. From the equation, the ratio of the thermionic current (Ith) increases, the amount of the ionic current decreases from the above equation (1), and the ionic current and the secondary electron current are dispersed on the equipotential surface. (Before potential equalization), the area distribution shifts to the thick line side (after potential equalization) of the model, and the box potential (cathode drop voltage) in FIG. 17 decreases from the above equation (3). Employing the equipotential interface structure of the equipotential surface, metal oxide, and gas, and increasing the amount of thermoelectrons, the amount of ionic current in the discharge current decreases, and the reason why the box potential in FIG. 17 decreases is explained. it can.
From the above, in the gas discharge, compared to the conventional non-equipotential cathode, by reducing the amount of ion current, ionized gas impact per unit discharge area can be reduced, and as a result, It can be seen that the load on the substrate is reduced, the decrease in the thermionic emission power is small, the life characteristics are improved, and accordingly, the movement of the discharge position is small, and the stability can be improved.
Next, the effectiveness of the equipotential surface for a gas discharge tube will be considered. As described above, the discharge form in vacuum discharge can be almost expressed only by thermionic emission, and is different from the discharge form in gas discharge. It can be said that the discharge area in a vacuum discharge is determined by the surface area formed by the metal oxide as the electron emission material on the thermionic emission surface. Therefore, in addition to thermionic emission, the discharge area component in a gas discharge tube having a discharge form consisting of ion current and secondary electron emission is different from the discharge area component in a vacuum discharge. Since the place responsible for electron emission is the interface between the electric conductor and the metal oxide as an electron-emissive material, the equipotential surface formed from the electric conductor and having almost the same potential as the discharge surface is effective in gas discharge. I found that.
Furthermore, by making the material used for the means for forming the equipotential surface into a mesh (thin wire structure), the surface area serving as the heat radiating surface and the volume serving as the heat conducting portion are not increased as much as possible, and as a result, the amount of heat loss is suppressed. The contact area between the metal oxide and the equipotential surface is increased, and as a result, the discharge area is increased. From the above, it has been found that the effect of the equipotential surface is further enhanced by forming the material used for the means for forming the equipotential surface into a mesh shape (fine line structure).
In the case where the potential distribution on the cathode surface is not uniform as in the conventional case, the amount of generated heat also becomes non-uniform accordingly, so that the generation density of thermoelectrons also becomes non-uniform, and the localization due to the concentration of ion current and secondary electron current occurs. A typical discharge (dislocation of the discharge position) will occur. The local discharge causes the cathode material (metal oxide as an electron emitting material) to be scraped (sputtered), and to be stabilized by oxidation with a reduced metal (mineralization), that is, to decrease the thermionic emission ability. , The discharge position moves to the next position having good thermoelectron emission characteristics. In this manner, the surface of the cathode is deteriorated while repeating the local degradation of thermionic emission. In addition, the discharge itself becomes unstable due to the movement of the discharge position described above.
In the electrode structure disclosed in Japanese Unexamined Utility Model Publication No. 58-60852, the electrodes and the metal net are short-circuited during energization (start preheating energization), and a potential difference is generated. It has also been found that there is a problem that the function as a hot cathode may not be exhibited due to the lack of preheating.
Based on the results of the investigation and research, the direct-heat-type electrode for a gas discharge tube according to the present invention is a direct-heat-type electrode for a gas discharge tube used for a gas discharge tube in which gas is hermetically sealed. A metal oxide, a heater for heating the metal oxide, and an electric conductor provided in contact with the metal oxide on the outermost surface side of the metal oxide; Is characterized by being electrically insulated.
In the direct heat type electrode for a gas discharge tube according to the present invention, since the equipotential surface is effectively formed on the surface portion of the metal oxide by the electric conductor, thermionic emission occurs in a wide area of the formed equipotential surface. As a result, the discharge area increases, the electron emission amount per unit area (electron emission density) increases, and the load at the discharge position is reduced. As a result, the occurrence of local discharge can be suppressed, and the life of the electrode can be extended. In addition, since the movement of the discharge position is also suppressed, a stable discharge can be obtained for a long time. Further, since the electric conductor is provided in a state in which it is electrically insulated from the heater for heating, it is possible to suppress a short circuit between the electric conductor and the heater for heating when the power is supplied, and it is possible to reliably perform preheating. . In addition, in connection with the increase in the discharge area, the current density was slightly increased, and the load was slightly increased. That is, even if the discharge current was increased, the damage could be reduced as compared with the conventional one, and almost the same as the conventional one. A directly heated electrode for a gas discharge tube having a large discharge current in a shape can be provided, and a pulse operation and a large current operation can be realized.
Further, it is preferable that the electric conductor has a predetermined length and is provided over the longitudinal direction of the heater for heating. In such a configuration, the electric conductors make the electric potentials of the discharge surfaces composed of a plurality of discharge points or discharge lines substantially equal, and stabilize the metal oxides, which are deterioration factors, by sputtering metal oxides and oxidizing with reduced metals (mineralization). That is, a decrease in the thermionic emission ability can be suppressed, and movement of the discharge position can also be suppressed. As a result, it is possible to extend the life of the electrode and obtain a stable discharge.
The electric conductor is preferably a high melting point metal formed in a mesh shape. As described above, since the electric conductor is a refractory metal formed in a mesh shape, an electric conductor having a configuration capable of suppressing a decrease in thermionic emission ability and a movement of a discharge position can be realized at low cost and more easily. be able to. Further, since the electric conductor is made of a rigid body, it can be easily processed and can be provided in close contact with the metal oxide. When the electric conductor is a high-melting metal formed in a mesh shape, it is possible to easily provide many places where the high-melting metal contacts the metal oxide.
Further, it is preferable that an electric insulating layer is formed on the surface of the electric conductor. By forming the electric insulating layer on the surface of the electric conductor as described above, it is possible to easily realize a configuration capable of reliably suppressing a short circuit between the electric conductor and the heater during discharging at low cost and easily.
In addition, the electric insulating member having an opening is provided, the electric insulating member is provided between the electric conductor and the heater, and the metal oxide is provided through the opening of the electric insulating member. Preferably, it is provided so as to be in contact with the electric conductor. In the case of such a configuration, a configuration capable of reliably suppressing a short circuit between the electric conductor and the heater for discharging at the time of discharging can be easily realized at low cost.
Further, the electric insulating member is a cylindrical member having an opening formed in a side wall portion thereof, the heater for heating is provided inside the cylindrical member, and the electric conductor is provided outside the cylindrical member. Preferably. In the case of such a configuration, a configuration capable of reliably suppressing a short circuit between the electric conductor and the heating heater at the time of discharging can be realized at lower cost and more simply.
Further, the metal oxide may include any one of barium (Ba), strontium (Sr), and calcium (Ca), a mixture of these oxides, and a rare earth metal oxide. preferable. As described above, since the metal oxide contains any one of barium, strontium, and calcium, or a mixture of these oxides or an oxide of a rare earth metal, the work function in the electron emission portion is reduced. It is possible to reduce the size effectively, and the emission of thermoelectrons becomes easy.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a direct heat type electrode for a gas discharge tube according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description, the same elements or elements having the same functions will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a schematic perspective view of a directly heated cathode for a gas discharge tube according to the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the directly heated cathode for a gas discharge tube according to the first embodiment. FIG. 1 shows a state in which a metal oxide as an electron emitting material is not provided. Further, in the present embodiment, an example is shown in which the direct heat type electrode for a gas discharge tube is applied to a cathode (direct heat type cathode for a gas discharge tube).
As shown in FIGS. 1 and 2, the direct heat type cathode C1 for a gas discharge tube includes a heater 1 for heating, a mesh member 3 (electric conductor), and a metal oxide as an electron emitting material (cathode material). 10a and 10b. The heater 1 is composed of a filament coil in which a tungsten wire having a diameter of 0.07 mm is double-wound, and the surface of the tungsten filament coil is coated with a metal oxide 10a.
As the metal oxide 10a, any one of barium (Ba), strontium (Sr), and calcium (Ca), a mixture of these oxides, or a main constituent requirement of barium, strontium, or calcium Of these, oxides which are any single oxide or a mixture of these oxides and whose sub-component is a rare earth metal containing lanthanum (IIIa in the periodic table) are used. Barium, strontium, and calcium have small work functions, can easily emit thermoelectrons, and can increase the supply of thermoelectrons. When a rare earth metal (IIIa in the periodic table) is added as a sub-component, the supply amount of thermoelectrons can be further increased and the sputter resistance can be improved. The metal oxide 10a is applied in the form of a metal carbonate (for example, barium carbonate, strontium carbonate, calcium carbonate, or the like) as a cathode material, and is obtained by subjecting the applied metal carbonate to vacuum thermal decomposition. When vacuum heating decomposition is performed by energizing the heating heater 1, AC heating decomposition is more preferable than DC heating decomposition.
The mesh member 3 formed in a mesh shape is a rigid body (metal conductor) having conductivity and belongs to Groups IIIa to VIIa, VIII, and Ib of the periodic table, and specifically includes tungsten, tantalum, molybdenum, rhenium, and the like. It is composed of a single metal of a high melting point metal (melting point of 1000 ° C. or more) such as niobium, osmium, iridium, iron, nickel, cobalt, titanium, zirconium, manganese, chromium, vanadium, rhodium, rare earth metal, or an alloy thereof. In the present embodiment, a mesh-like member obtained by knitting a tungsten wire having a diameter of 0.03 mm into a mesh shape is used. The size of the mesh in the mesh member 3 is set to 80 mesh.
The mesh member 3 has a predetermined length, and is arranged outside the heater 1 over the longitudinal direction of the heater 1 so as to be substantially perpendicular to the discharge direction. The mesh member 3 is provided on the outermost surface side portion of the metal oxide 10b as an electron emitting material (cathode material). Further, the mesh member 3 may be provided on a part or the whole of the surface (the surface opposite to the discharge surface) on the side of the heating heater 1 by an electrodeposition method or the like by an electrically insulating material (for example, alumina, zirconia, magnesia, (Eg, silica) to form the electrical insulating layer 4. In addition, a connecting portion for connecting the mesh-shaped member 3 to the ground-side terminal of the heater 1 may be provided so that the mesh-shaped member 3 is securely held.
In the directly heated cathode C1 for a gas discharge tube of the first embodiment, in a state where the mesh member 3 is provided outside (outer periphery) of the heater 1 for heating, from the surface side (discharge surface side) of the mesh member 3. The above-mentioned metal carbonate is applied and filled, and the filled metal carbonate is subjected to vacuum heating decomposition to provide the metal oxide 10b. The metal oxides 10a and 10b obtained in this manner eventually become an electron emitting material. It is not necessary to apply the metal carbonate so as to cover the entire circumference of the heater 1, and the metal carbonate may be applied only to the portion on the side where the mesh member 3 which is the discharge surface side is provided. . As the metal oxide 10b, similarly to the above-described metal oxide 10a, barium, strontium, an oxide of any one of calcium, a mixture of these oxides, or a main constituent requirement of barium, strontium, An oxide which is a single oxide of calcium or a mixture of these oxides and whose subcomponent is a rare earth metal containing a lanthanum system is used.
Since the metal oxide 10b is provided as described above, the metal oxide 10b is mainly held by the heater 1 and comes into contact with the mesh member 3. The metal oxide 10b and the mesh member 3 are exposed outside the gas discharge tube direct-heat cathode C1 so that the surface of the metal oxide 10b and the surface of the mesh member 3 become discharge surfaces. The mesh member 3 comes into contact with the surface of the object 10b.
In addition to the above-mentioned metal oxides, it is conceivable to use metal borides such as lanthanum boride, metal carbides, metal nitrides, and the like as thermionic electron sources, but these metal borides, metal carbides, and metal Nitride or the like has a poor track record as a thermionic electron source as a hot cathode for a gas discharge tube, and is meaningless to be added as a main / sub component. However, it may be used in the periphery of the cathode in order to improve the effect other than the thermionic electron source, for example, to improve the insulation effect for suppressing the amount of heat dissipated outside the discharge part.
Further, the direct heating type cathode C1 for a gas discharge tube can be formed by disposing the mesh member 3 in contact with the heater 1 holding the metal oxide 10b in advance. In order to ensure that the metal oxide 3 and the metal oxide 10b are brought into contact with each other, as described above, the metal carbonate as the cathode material is formed with the mesh member 3 disposed outside the heater 1 for heating. It is preferred to apply and then convert the metal carbonate to metal oxide 10b.
From the above, in the direct heat type cathode C1 for a gas discharge tube of the first embodiment, the mesh member 3 is provided in contact with the metal oxide 10b (or 10a). An equipotential surface is effectively formed on the discharge surface (the surface of the metal oxide 10b (or 10a) and the surface of the mesh-like member 3) of the direct heat type cathode C1 for a gas discharge tube. That is, the mesh-shaped member 3 is constituted by a plurality of electric wires (conductive paths), and is not regulated so that current flows in a single direction. Accordingly, the electric resistance between the ends of the surface of the mesh member 3 is extremely small, and the surface of the mesh member 3 is in a substantially equipotential state, and the potential of the discharge surface including a plurality of discharge points or discharge lines is substantially equal. Become equal. In other words, the mesh member 3 forms a plurality of electric circuits through which a discharge current can flow in a direction parallel to the discharge surface within the discharge surface, that is, forms a plurality of paths (equipotential circuits) of discharge electrons (emission). Will be done.
As a result, in the direct heat type cathode C1 for a gas discharge tube, the equipotential surface is effectively formed by the mesh member 3 in contact with the metal oxide 10b (or 10a). In this case, thermionic emission occurs, so the discharge area increases, the amount of electrons emitted per unit area (electron emission density) increases, the load at the discharge position is reduced, and metal oxides, which are the cause of deterioration, Stabilization (mineralization) of the 10b (or 10a) by sputtering and oxidation with a reduced metal, that is, a decrease in thermionic emission ability can be suppressed. As a result, the occurrence of local discharge can be suppressed, and the life of the cathode can be extended. In addition, since the movement of the discharge position is also suppressed, a stable discharge can be obtained for a long time. Further, since the discharge area increases, the operating voltage and the amount of generated heat of the direct heat type cathode C1 for a gas discharge tube can be reduced.
Further, in the case of the direct heat type cathode C1 for a gas discharge tube, the current density is slightly increased and the load is slightly increased in relation to the increase in the discharge area. Damage can be reduced compared to As a result, a directly heated cathode for a gas discharge tube having substantially the same shape as that of the conventional one and having a large discharge current can be provided, and a pulse operation and a large current operation can be realized.
Further, an electric insulating layer 4 is formed on the surface of the mesh member 3, and the mesh member 3 is provided in a state in which it is electrically insulated from the heater 1 for heating. A short circuit between the member 3 and the heater 1 can be suppressed, and the direct-heat type cathode C1 for a gas discharge tube can be reliably heated. Further, by forming the electric insulating layer 4 on the surface of the mesh member 3, a configuration capable of reliably suppressing a short circuit between the mesh member 3 and the heater 1 at the time of discharge can be realized at low cost and easily.
In addition, since the mesh-shaped member 3 is used as the electric conductor, an electric conductor having a configuration capable of suppressing a decrease in the capability of emitting thermionic electrons and a movement of the discharge position can be realized at lower cost and more easily. Further, since the mesh member 3 (electric conductor) is made of a rigid body, it can be easily processed and can be provided in close contact with the metal oxide 10b (or 10a). Furthermore, many places where the mesh member 3 and the metal oxide 10b (or 10a) are in contact can be easily provided.
The smaller the size of the mesh in the mesh-like member 3 is, the smaller the exposed area of the metal oxide 10b (or 10a) is, so the spatter resistance of the metal oxide 10b (or 10a) is improved. . However, in order to cause secondary electron emission, it is theoretically necessary that the size of the metal oxide 10b (or 10a) is large enough to allow an excited or ionized gas to pass through. Further, when the size of the mesh is reduced, the area of the equipotential surface also increases, so that the discharge area can be further increased.
As shown in FIG. 3, the holding of the mesh-shaped member 3 may be performed by one of the introduction lines 5 of the introduction lines 5 and 6 joined to both ends of the heater 1 for heating. In this case, the holding pin 7 joined to the mesh member 3 and one of the introduction wires 5 are joined. Further, as shown in FIG. 4, the holding of the mesh member 3 may be performed by a lead wire 8 joined to a holding pin 7 joined to the mesh member 3. In this case, the introduction line 5 and the introduction line 8 are grounded outside the gas discharge tube.
(2nd Embodiment)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment. The second embodiment differs from the first embodiment in having an electrically insulating tubular member.
As shown in FIG. 5, the direct heat type cathode C3 for a gas discharge tube comprises a heater 1, a mesh member 3, an electrically insulating tubular member 31 (electrically insulating member), and an electron emitting material. (Cathode material) as a metal oxide 10b.
The cylindrical member 31 is made of an electrically insulating material (for example, alumina or the like), and has an opening 33 in a side wall portion. The heating heater 1 is disposed inside the cylindrical member 31. The mesh member 3 is disposed outside the tubular member 31 over the longitudinal direction of the heater 1 so as to be substantially orthogonal to the discharge direction. The mesh member 3 is fixed by being wound around the tubular member 31 by a wire 35. In the direct heat type cathode C3 for a gas discharge tube according to the second embodiment, the mesh member 3 is configured to be electrically connected to the heater 1 via the connection portion 37, but the mesh member 3 is not necessarily meshed. It is not necessary to electrically connect the shaped member 3 to the heater 1 for heating.
Next, based on FIGS. 6A to 6C and FIGS. 7A to 7B, a direct-heat-type cathode C3 for a gas discharge tube is manufactured (the heating heater 1 and the mesh-shaped member 3 are disposed on the cylindrical member 31). An example of the process will be described.
First, the heating heater 1 shown in FIG. 6C is inserted into the inside of the tubular member 31 shown in FIG. 6A as shown in FIG. 7A. In addition, as shown in FIG. 6B, an open tubular member in which the opening 33 is formed over both ends of the tubular member 31 may be used as the tubular member 31.
Next, as shown in FIG. 7B, the mesh member 3 is attached and fixed to the outside (outer periphery) of the portion of the tubular member 31 where the opening 33 is formed. The mesh member 3 is fixed by winding the mesh member 3 around the tubular member 31 using the wire 35 as described above. Through the above steps, it is possible to obtain a configuration in which the heating heater 1 is provided inside the tubular member 31 and the mesh member 3 is provided outside the tubular member 31.
As shown in FIGS. 8A and 8B, a cylindrical member 41 having an opening 33 divided into a plurality of parts may be used as the cylindrical member 31. Also in this case, the heating heater 1 shown in FIG. 8C is inserted inside the tubular member 41 shown in FIG. 8A as shown in FIG. 9A, and then as shown in FIG. 9B. Then, the mesh member 3 is attached and fixed to the outside (outer periphery) of the portion where the opening 33 of the tubular member 41 is formed. Here, the cylindrical member 41 shown in FIG. 8A has the opening 33 divided in the circumferential direction of the cylindrical member 41. As shown in FIG. 8B, a cylindrical member having an opening 33 divided in the longitudinal direction of the cylindrical member 41 may be used as the cylindrical member 41.
As described above, by using the tubular member 41 having the shape in which the opening 33 is divided into a plurality of parts, even when the opening area of the opening 33 is widened, the mesh member 3 is moved from the opening 33 into the cylindrical member 41. It becomes difficult to dent. Thereby, the mesh member 3 can be supported on the outer peripheral surface of the tubular member 41, and the short circuit between the mesh member 3 and the heater 1 can be more reliably suppressed.
Returning to FIG. 5, the direct heat type cathode C3 for a gas discharge tube has a metal oxide 10b as an electron emitting material. The metal oxide 10 b is held in the tubular member 31 and provided in contact with the mesh member 3 via the opening 33. The metal oxide 10b and the mesh member 3 are exposed outside the direct heat type cathode C3 for a gas discharge tube so that the surface of the metal oxide 10b and the surface of the mesh member 3 become discharge surfaces. The mesh member 3 comes into contact with the surface of the object 10b.
As described above, the metal oxide 10b is applied in the form of a metal carbonate as a cathode material, and is obtained by vacuum-heating and decomposing the applied metal carbonate. When vacuum heating decomposition is performed by energizing the heating heater 1, AC heating decomposition is more preferable than DC heating decomposition. The metal oxide 10b thus obtained finally becomes an electron-emitting material. As shown in FIG. 7B, the metal carbonate as the cathode material is provided with the heater 1 inside the tubular member 31 and the mesh member 3 outside the tubular member 31. In the state, it is applied from the mesh member 3 side, and is filled in the cylindrical member 31 through the opening 33.
As described above, in a state where the heating heater 1 is provided inside the tubular member 31 and the mesh member 3 is provided outside the tubular member 31, the metal carbonate is put into the tubular member 31. By filling and then changing the metal carbonate to the metal oxide 10b, a state where the mesh-shaped member 3 and the metal oxide 10b can be reliably and easily brought into contact can be obtained.
From the above, in the direct heat type cathode C3 for a gas discharge tube of the second embodiment, the equipotential surface is effectively formed by the mesh member 3 in contact with the metal oxide 10b, as in the first embodiment. Therefore, thermionic emission occurs in a wide area of the formed equipotential surface, so that the discharge area increases, the electron emission amount per unit area (electron emission density) increases, and the load at the discharge position is reduced. As a result, the metal oxide 10b, which is a deterioration factor, can be stabilized (mineralized) by sputtering the metal oxide 10b and oxidizing with the reduced metal, that is, a decrease in the thermionic emission ability can be suppressed. As a result, the occurrence of local discharge can be suppressed, and the life of the cathode can be extended. In addition, since the movement of the discharge position is also suppressed, a stable discharge can be obtained for a long time. Further, since the discharge area increases, the operating voltage and the amount of generated heat of the directly heated cathode C3 for a gas discharge tube can be reduced.
Also, in the direct heat type cathode C3 for a gas discharge tube, the current density is slightly increased and the load is slightly increased in relation to the increase in the discharge area. Damage can be reduced. As a result, a directly heated cathode for a gas discharge tube having substantially the same shape as that of the conventional one and having a large discharge current can be provided, and a pulse operation and a large current operation can be realized.
An opening 33 is formed in the tubular member 31, the heater 1 is provided inside the tubular member 31, the mesh member 3 is provided outside the tubular member 31, and metal Since the oxide 10b is held in the tubular member 31 and is provided in contact with the mesh member 3 through the opening 33, a short circuit between the mesh member 3 and the heater 1 during discharge is prevented. A configuration that can be surely suppressed can be more easily realized at lower cost.
Further, since the metal oxide 10b is held in the tubular member 31, it is possible to reliably prevent the metal oxide 10b from falling.
Next, a gas discharge tube using the directly heated cathode C1 for a gas discharge tube having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is an overall perspective view of a gas discharge tube using the direct heat type cathode C1 for a gas discharge tube, FIG. 11 is an exploded perspective view of a light emitting portion thereof, and FIG. 12 is a cross sectional view of the light emitting portion. In the present embodiment, the directly heated cathode C1 for a gas discharge tube is applied to a side-on type deuterium gas discharge tube. In addition, you may make it use the direct heat type cathode C3 for gas discharge tubes instead of the direct heat type cathode C1 for gas discharge tubes.
The deuterium gas discharge tube DT1 has an outer case 61 made of glass. As shown in FIG. 10, a light emitting unit assembly 62 is housed inside the outer case 61, and the bottom of the outer case 61 is hermetically sealed by a glass stem 63. Four lead pins 64a to 64d extend from the lower portion of the light emitting unit assembly 62, and penetrate the stem 63 and are exposed to the outside. The light emitting unit assembly 62 includes a shielding box structure in which a discharge shielding plate (discharge shielding unit) 71 and a support plate 72 made of alumina are bonded together, a metal front cover 73 attached to the front surface of the discharge shielding plate 71, and have.
As shown in FIG. 11, a through-hole is formed in the rear part of the support plate 72 having a convex cross-sectional shape in the vertical direction, into which a lead pin 64 a is inserted and held by the stem 63. A concave groove extending vertically downward is formed on the front surface of the support plate 72, and a lead pin 64b extending from the stem 63 is immersed therein, whereby the support plate 72 is fixed to the stem 63. A square flat plate anode 74 is fixed to the lead pin 64b toward the front, and is held by being in contact with two convex portions formed on the front surface of the support plate 72.
As shown in FIG. 11, the discharge shielding plate 71 has a thinner and wider convex cross-sectional structure than the support plate 72, and a through hole 71a is formed at a position corresponding to the anode 74 at the center. . A through hole is formed in the vertical direction on the side of the convex portion of the discharge shielding plate 71, and an L-shaped electrode rod 81 is inserted through the through hole. Then, in a state where the discharge shielding plate 71 is bonded to the support plate 72, the lower end of the electrode rod 81 and the tip of the L-shaped bent lead pin 64c are welded. The upper electrode rod 82 of the direct heat type cathode C1 for a gas discharge tube is welded to the distal end portion extending to the side of the electrode rod 81, and the lower electrode rod 83 is formed by bonding the discharge shield plate 71 and the support plate 72 together. In this state, it is welded to the tip of the L-shaped bent lead pin 64d.
As shown in FIG. 11, the metal focusing electrode 76 has an L-shaped metal plate having a convergent opening 76a formed coaxially with the through hole 71a of the discharge shielding plate 71 in the middle part, Each of the side portions in the direction of the gas discharge tube direct heat type cathode C1 is bent forward, and a rectangular vertically long opening 76b for facing the gas discharge tube direct heat type cathode C1 is formed on the side portion. The discharge shield plate 71, the support plate 72, and the focusing electrode 76 are each formed with four through holes at corresponding positions. Therefore, in a state where the discharge shielding plate 71, the support plate 72, and the focusing electrode 76 are attached to each other, these can be fixed to the stem 63 by inserting the two metal pins 84 and 85 bent in a U-shape.
As shown in FIGS. 10 and 11, the front cover 73 made of metal has a U-shaped cross section that is bent in four steps, and an opening window 73a for projecting light is formed at the center. Two projections 73b are formed at both ends, and correspond to four through openings 71b formed at the front end of the discharge shielding plate 71. Therefore, the front cover 73 is fixed to the discharge shielding plate 71 by inserting the convex portion 73b into the through opening 71b. In this state, the front end of the focusing electrode 76 contacts the inner surface of the front cover 73, and The space in which the directly heated cathode C1 is arranged and the light emitting space are separated.
According to FIGS. 11 and 12, the converging electrode 76 has a converging opening 76a coaxially with the through hole 71a of the discharge shielding plate 71 at the center thereof. The plate 78 is fixed by welding. The opening limiting plate 78 is bent in the direction of the anode 74 around the converging opening 76 a, so that the distance between the anode 74 and the opening of the opening limiting plate 78 is smaller than the thickness of the discharge shielding plate 71.
The arrangement of each electrode in the light emitting unit 62 assembled as described above is as shown in FIG. The anode 74 is sandwiched and fixed between the discharge shield plate 71 and the support plate 72, and the aperture limiting plate 78 welded to the focusing electrode 76 is arranged so as to face the anode 74 via the through hole 71 a of the discharge shield plate 71. It is fixed to the discharge shielding plate 71. The direct heat type cathode C1 for a gas discharge tube is located in a space surrounded by a surface having a rectangular opening 76b of a discharge shielding plate 71, a front cover 73, and a focusing electrode 76, and faces an opening limiting plate 78 through the rectangular opening 76b. Placed in
Next, the operation of the deuterium gas discharge tube DT1 will be described with reference to FIG. After the gas discharge tube direct heating type cathode C1 is sufficiently heated, a trigger voltage is applied between the anode 74 and the gas discharge tube direct heating type cathode C1, and discharge starts. At this time, the flow path of the thermoelectrons is only a path 91 (illustrated by a portion sandwiched by a broken line) due to the convergence of the focusing electrode 76 by the aperture limiting plate 78 and the shielding effect of the discharge shielding plate 71 and the support plate 72. Limited to one. That is, thermions (not shown) emitted from the gas discharge tube direct heating type cathode C1 pass through the opening limiting plate 78 from the rectangular opening 76b of the focusing electrode 76, pass through the through hole 71a of the discharge shielding plate 71, and enter the anode 74. To. An arc ball 92 due to the arc discharge is generated in a space in front of the opening limiting plate 78 and on the opposite side of the anode 74. The light extracted from the arc ball 92 is emitted in the direction of the arrow 93 through the opening 73 a of the front cover 73.
As described above, in the deuterium gas discharge tube DT1 of the present embodiment, by using the directly heated cathode C1 for a gas discharge tube, a deuterium gas discharge tube having a long life and stable operation can be realized.
The direct-heat cathode C1 for a gas discharge tube is a gas discharge tube other than the above-described deuterium gas discharge tube DT1, for example, a head-on type deuterium gas discharge tube that extracts light from the top of the tube, a rare gas fluorescent lamp, or mercury. It can also be used as an electrode of a fluorescent lamp or the like (a direct heat type electrode for a gas discharge tube). Specifically, the gas discharge tube using the direct heat type electrode for a gas discharge tube of the present invention has a pair of discharge electrodes including the direct heat type electrode for a gas discharge tube of the present invention, and a phosphor film is formed on the inner surface. There is a rare gas fluorescent lamp having a sealed container formed therein and enclosing a rare gas in the sealed container. The gas discharge tube using the gas discharge tube direct heat type electrode of the present invention has a pair of discharge electrodes including the gas discharge tube direct heat type electrode of the present invention, a closed container, and a closed container. On the other hand, there is a mercury lamp in which a rare gas and mercury are sealed. The gas discharge tube using the direct heat type electrode for a gas discharge tube of the present invention has a pair of discharge electrodes including the direct heat type electrode for a gas discharge tube of the present invention, and a phosphor film is formed on the inner surface. There is a fluorescent lamp having a closed container, in which a rare gas and mercury are sealed in the closed container.
Further, the direct heat type electrode for a gas discharge tube of the present invention has an electrode 52 outside a container 51 and a direct heat type gas discharge tube inside a container 51 as shown in FIG. It can be used for a one-sided external electrode type lamp which has the type cathodes C1 and C3, encloses a rare gas in the container 51, and is driven using a high frequency power supply 53. As described above, the direct heat type electrode for a gas discharge tube of the present invention can be used for the above-described low-pressure gas lamp and the like.
Next, a lighting device suitable for a deuterium gas discharge tube DT1 using the direct heat type cathode C1 for a gas discharge tube will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a circuit diagram showing a lighting device for a deuterium gas discharge tube DT1 using the direct heat type cathode C1 for a gas discharge tube.
The lighting device 101 is connected between the anode 74 and the focusing electrode 76 as a constant current power supply 103 as a power supply connected between the gas discharge tube direct heating type cathode C1 and the anode 74 of the deuterium gas discharge tube DT1. And an auxiliary lighting circuit 111 for generating a trigger discharge between the gas discharge tube direct heating type cathode C1 and the focusing electrode 76; and a gas discharge tube direct heating type cathode C1 and the anode 74, A current is supplied to the heating heater 1 for a predetermined period, and after the predetermined period has elapsed, a current supply switching circuit 121 for cutting off the power supply to the heating heater 1, and a series connection between the anode 74 and the constant current power supply 103. And a fixed resistor 131 for current detection connected and installed.
The constant current power supply 103 supplies a DC open circuit voltage of about 160 V and a steady current of about 300 mA. The constant current power supply 103 is connected in series with a negative resistor 105 for stabilizing discharge and a diode 107. The negative resistance 105 is set to about 50 to 150Ω.
The auxiliary lighting circuit section 111 includes a fixed resistor 113 connected in series between the anode 74 and the focusing electrode 76, and a capacitor 115 connected in parallel to the fixed resistor 113. The energization cutoff switching circuit section 121 includes a glow tube 123. Note that a switch that is opened after the operation (lighting) of the deuterium gas discharge tube DT1 may be provided between the auxiliary lighting circuit unit 111 and the focusing electrode 76. Further, instead of the glow starter type using the glow tube 123, an electronic start type using a semiconductor element having a timer function, or a mechanical (contact) switch may be used regardless of the presence or absence of the timer function.
Next, the operation of the lighting device 101 will be described based on FIGS. 15A to 15F and FIGS. 16A to 16E.
Although not shown in FIG. 14, when the main power switch of the lighting device 101 of the deuterium gas discharge tube DT1 is turned on (started), power is supplied from the constant current power supply 103 to the glow tube 123, and When glow discharge occurs and the electrodes of the glow tube 123 come into contact with each other, electric power is supplied to the heating heater 1 of the gas discharge tube direct heating type cathode C1, and the gas discharge tube direct heating type cathode C1 is preheated. (Period A1 in FIGS. 15A to 15F and FIGS. 16A to 16E). At this time, a voltage of about 130 V is applied between the direct current type cathode C1 for a gas discharge tube and the anode 74 from the constant current power supply 103, and an electric field is generated from the anode 74 toward the directly heated type cathode C1 for a gas discharge tube. I have.
When the preparation for the trigger discharge is completed, the glow discharge stops in the glow tube 123 and the electrodes of the glow tube 123 are separated, so that the glow tube 123 is connected via the capacitor 115 and the fixed resistor 113 connected in parallel from the constant current power supply 103. A potential of about 130 V is generated at the focusing electrode 76, and a trigger discharge is generated between the direct-heating cathode C1 for a gas discharge tube and the focusing electrode 76 (period A2 in FIGS. 15A to 15F and FIGS. 16A to 16E).
By generating the trigger discharge in this manner, an arc discharge is generated between the direct-heat type cathode C1 for gas discharge tube and the anode 74, and the direct-current type cathode C1 for gas discharge tube and the anode 74 are supplied from the constant current power supply 103. The arc discharge stably continues until the main power switch is turned off based on the current supplied to the main power switch of about 300 mA (period A3 in FIGS. 15A to 15F and FIGS. 16A to 16E). During the operation (lighting) of the deuterium gas discharge tube DT1, the voltage applied to the deuterium gas discharge tube DT1 from the constant current power supply 103 by the fixed resistor 131 is from about 160V to about 120V at the start. Will decrease.
By the way, the deuterium gas discharge tube DT1 using the direct discharge type cathode C1 for a gas discharge tube can be driven by the following equations (7) and (8),

Where I _f0 : Initial supply current to heating heater at startup
Ip: discharge current
V _f1 : Applied voltage to heating heater during operation
In the lighting device 101, a lighting device for lighting the deuterium gas discharge tube DT1 using the direct-heat type cathode C1 for a gas discharge tube can be realized. Further, the power supply for preheating the direct-heat type cathode C1 for the gas discharge tube, for starting the trigger discharge (discharge by initial gas ionization), and for the main discharge can be covered by one constant current power supply 103, and particularly for the gas discharge tube. A power supply for preheating (heating heater) of the directly heated cathode C1 is not required, and the number of parts can be greatly reduced and the configuration can be simplified.
Further, in the lighting device 101, since the power cutoff switching circuit 121 includes the glow tube 123, the power cutoff switching circuit 121 can be realized simply and at low cost. Further, since the auxiliary lighting circuit section 111 includes the capacitor 115, the auxiliary lighting circuit section 111 can be realized simply and at low cost. Further, since the auxiliary lighting circuit section 111 includes the fixed resistor 113, the lighting performance of the deuterium gas discharge tube DT2 can be improved.
Further, since the lighting device 101 has the fixed resistor 131 for current detection, the voltage of the deuterium gas discharge tube DT1 during operation can be reduced, and the power consumption of the deuterium gas discharge tube DT1 is reduced. can do.
In the first and second embodiments, a high-melting-point metal is used as the electric conductor. However, the present invention is not limited to this. For example, a porous metal having a small thickness, carbon fiber, or the like may be used. Is also good. Further, in order to improve the sputter resistance and discharge property of the metal oxide 10b (or 10a), a nitride or carbide such as tantalum, titanium, or niobium is coated on the surface of the metal oxide 10b (or 10a) or a heater for heating. 1, or may be attached to the mesh member 3.
Further, as a further modification of the first and second embodiments, a plurality of heaters 1 may be provided in parallel, and the mesh member 3 may be provided over these heaters 1.
In the first and second embodiments, the surface of the mesh member 3 is exposed. However, it is not always necessary to expose them, and the metal oxide 10b (or 10a) may be exposed to the mesh member. As long as 3 is in contact, the surface of mesh member 3 may be covered with metal oxide 10b (or 10a).
In the first and second embodiments, the heater 1 is coated with the metal oxide 10a in advance, but the heater 1 not coated with the metal oxide 10a is used. The metal oxide 10b may be provided by applying and filling a metal carbonate in a state where the mesh-like member 3 is provided on the outside of 1. However, since the heater 1 can reliably hold the metal oxide 10b, it is preferable that the heater 1 be coated with the metal oxide 10a in advance.
Further, in the first and second embodiments, the mesh member 3 may be folded or laminated to have a thickness to increase the holding amount of the metal oxide 10 and improve the holding performance. .
Further, in the second embodiment, the tubular members 31 and 41 are used, but the shape as the electrically insulating member is not limited to the tubular shape. If the mesh member 3 and the heater 1 are electrically insulated from each other, a plate-shaped electrically insulating member having an opening 33 may be used. Further, the shape, size, number, and the like of the openings 33 are not limited to those in the above-described embodiment, and can be appropriately changed and set.
Industrial applicability
The direct heat type electrode for a gas discharge tube of the present invention can be used for a direct heat type electrode (direct heat type cathode) such as a rare gas lamp, a rare gas fluorescent lamp, a mercury lamp, a mercury fluorescent lamp, and a deuterium lamp.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the first embodiment.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the first embodiment.
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 6A is a view for explaining an example of a manufacturing process in the direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 6B is a view for explaining an example of a manufacturing process in the direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 6C is a view for explaining an example of a manufacturing process in the direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 7A is a view for explaining an example of a manufacturing process in the direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 7B is a view for explaining an example of a manufacturing process in the direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 8A is a view for explaining an example of a manufacturing process in the direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 8B is a view for explaining an example of a manufacturing process in the direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 8C is a view for explaining an example of a manufacturing process in the direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 9A is a view for explaining an example of a manufacturing process in the direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 9B is a view for explaining an example of a manufacturing process in the direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 10 is an overall perspective view showing a gas discharge tube using the direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 11 is an exploded perspective view of a light emitting unit of a gas discharge tube using the direct discharge type cathode for a gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a light emitting portion of a gas discharge tube using the direct discharge type cathode for a gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 13 is a configuration diagram showing a one-sided external electrode type lamp using the direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 14 is a circuit diagram showing a lighting device for a gas discharge tube using the direct discharge type cathode for a gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 15A is a time chart showing operating voltage characteristics in a lighting device for a gas discharge tube using the direct discharge type cathode for a gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 15B is a time chart showing operating voltage characteristics in a lighting device for a gas discharge tube using the direct discharge type cathode for a gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 15C is a time chart showing operating voltage characteristics in the lighting device of the gas discharge tube using the direct discharge type cathode for the gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 15D is a time chart showing operating voltage characteristics in the lighting device of the gas discharge tube using the direct discharge type cathode for the gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 15E is a time chart showing operating voltage characteristics in the lighting device of the gas discharge tube using the direct discharge type cathode for the gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 15F is a time chart showing operating voltage characteristics in the lighting device of the gas discharge tube using the direct discharge type cathode for the gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 16A is a time chart showing operating current characteristics in a lighting device for a gas discharge tube using the direct heat type cathode for a gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 16B is a time chart showing operating current characteristics in the gas discharge tube lighting device using the gas discharge tube direct heat type cathode according to the first or second embodiment.
FIG. 16C is a time chart showing operating current characteristics in the gas discharge tube lighting device using the gas discharge tube direct heat type cathode according to the first or second embodiment.
FIG. 16D is a time chart showing operating current characteristics in the gas discharge tube lighting device using the gas discharge tube direct heat type cathode according to the first or second embodiment.
FIG. 16E is a time chart showing an operating current characteristic in the gas discharge tube lighting device using the direct discharge type cathode for a gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 17 is a diagram showing a relationship between a heater applied voltage and a cathode drop voltage (box potential) in a gas discharge tube.
FIG. 18 is a diagram showing a relationship between a heater applied voltage and a discharge current in a gas discharge tube.

Claims (7)

A gas discharge tube direct heat type electrode used for a gas discharge tube in which gas is hermetically sealed,
A metal oxide as an electron emitting material,
A heater for heating the metal oxide,
An electrical conductor provided in contact with the metal oxide on the outermost surface side portion of the metal oxide,
A direct heating electrode for a gas discharge tube, wherein the heating heater and the electric conductor are electrically insulated. The direct-current electrode for a gas discharge tube according to claim 1, wherein the electric conductor has a predetermined length and is provided over a longitudinal direction of the heater. 2. The direct heat electrode for a gas discharge tube according to claim 1, wherein the electric conductor is a high melting point metal formed in a mesh shape. The direct heat electrode for a gas discharge tube according to claim 1, wherein an electric insulating layer is formed on a surface of the electric conductor. Having an electrically insulating member having an opening,
The electric insulating member is provided between the electric conductor and the heater,
The direct heat type for a gas discharge tube according to claim 1, wherein the metal oxide is provided so as to be in contact with the electric conductor through the opening of the electrically insulating member. electrode. The electrical insulating member is a tubular member having the opening formed in a side wall portion thereof,
The heater for heating is provided inside the tubular member,
The direct heat electrode for a gas discharge tube according to claim 5, wherein the electric conductor is provided outside the tubular member. The said metal oxide contains barium, strontium, any one oxide of calcium, or the mixture of these oxides, or the oxide of the rare earth metal characterized by the above-mentioned. A direct-heating electrode for a gas discharge tube according to the above.

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