KR20100073977A

KR20100073977A - 방전 램프

Info

Publication number: KR20100073977A
Application number: KR1020090108066A
Authority: KR
Inventors: 미츠루 이케우치; 도모요시 아리모토
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2010-07-01
Also published as: CN101794704B; US20100156294A1; CN101794704A; JP2010146989A; TW201025409A; DE102009057546A1; JP5239828B2

Abstract

용이 전자 방사성 재료로서 산화란탄(La₂0₃)이 함유되어 있는 음극을 가지는 방전 램프에 있어서, 산화란탄(La₂0₃)의 환원을 촉구하고, 란탄(La)의 공급량을 늘려, 긴 수명의 방전 램프를 제공하는 것으로서, 방전 용기(1)의 내부에 당해 방전 용기(1)의 관축 방향에 있어서 대향하도록 배치된 양극(4)과 음극(5)을 가지고, 텅스텐 금속(W) 기체 중에, 란탄의 금속 산화물(La₂0₃)과, 지르코늄의 금속 산화물(ZrO₂)이 포함된 재료에 의해 상기 음극(5)이 형성된 방전 램프에 있어서, 상기 음극(5)을 구성하는 텅스텐 금속(W) 기체 중에 탄소(C)가 고용(固溶)하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

방전 램프{DISCHARGE LAMP}

본 발명은, 고 부하이고 고 휘도인 방전 램프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 음극 재료에 용이 전자 방사성 재료로서 란탄(La)을 포함하는 재료를 사용한 것을 특징으로 하는 방전 램프에 관한 것이다.

노광 처리에 이용되는 노광 장치용의 광원으로서 사용되는 방전 공간에 수은이 봉입되어 있는 방전 램프나, 영사기 등에 있어서 광원으로서 사용되고 있는 방전 공간에 크세논 가스가 봉입되어 있는 방전 램프에 있어서, 텅스텐(W)을 주성분으로 하는 음극에, 용이 전자 방사성 재료로서 산화란탄(La₂0₃)을 함유시킴으로써, 양호한 전자 방사 특성을 나타내는 것이 알려져 있다.

그러나, 용이 전자 방사성 재료로서 산화란탄(La₂0₃)을 함유시킨 음극을 가지는 방전 램프에서는, 점등 시에 음극에 걸리는 고열 부하때문에, 란탄(La)이 조기에 증발하여 고갈되어, 안정된 방전을 유지할 수 없게 되어 버리는 것이 문제가 된다.

여기서, 일본국 특허공개 2006－286236호 공보에 나타내는 기술에는, 지르코 늄(Zr), 하프늄(Hf) 등이 텅스텐보다도 산소와 결합되기 쉽다고 하는 특성을 이용하여, 이들 금속으로부터 선택된 적어도 1종류의 금속 산화물을 공존시킴으로써, 텅스텐 산화물이 형성되는 것을 억제할 수 있는 것이 기재되어 있다. 융점이 낮은 텅스텐 산화물이, 음극의 동작 온도 정도에서 액상화되는 것이 억제되고, 장시간에 걸쳐 안정된 상기 용이 전자 방사성 재료의 공급이 이루어져, 안정된 방전을 장시간 유지할 수 있게 된다.

또한, 일본국 특허공표 2005－519436호 공보에 나타내는 기술에는, 산화물 또는 카바이드를 첨가함으로써 개선을 달성시키는 것이 시도된 것이 기재되어 있다.

<특허 문헌 1> 일본국 특허공개 2006－286236호 공보

<특허 문헌 2> 일본국 특허공표 2005－519436호 공보

지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 등에서 선택된 적어도 1종류의 금속 산화물을 공존시킴으로써, 란탄(La)이 조기에 증발하여 고갈하는 것은 방지할 수 있게 되었지만, 산화란탄(La₂0₃)으로서 함유되어 있는 용이 전자 방사성 재료의 환원이 불충분하여, 긴 수명의 방전 램프를 제공하기에는 란탄(La)이 부족하다. 란탄(La)이 부족하면, 음극의 선단부에 있어서의 란탄(La) 원자의 피복율(1원자층으로 피복할 때를 1로 하는 La원자의 표면 밀도)이 작아지고, 일 함수가 커져 음극의 온도가 상승하여 변형하고, 깜박임이 발생한다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 이상과 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 용이 전자 방사성 재료로서 산화란탄(La₂0₃)이 함유되어 있는 음극을 가지는 방전 램프에 있어서, 산화란탄(La₂0₃)의 환원을 촉구하고, 란탄(La)의 공급량을 늘려, 긴 수명의 방전 램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원 제1의 발명은, 방전 용기의 내부에 당해 방전 용기의 관축 방향에 있어서 대향하도록 배치된 양극과 음극을 가지고, 텅스텐 금속 기체 중에, 란탄의 금속 산화물과, 지르코늄의 금속 산화물이 포함된 재료에 의해 상기 음극이 형성된 방전 램프에 있어서, 상기 음극을 구성하는 텅스텐 금속 기체 중에 탄소가 고용되어 있는 것을 특징으로 한다.

본원 제2의 발명은, 상기 음극은 선단부와 테이퍼부와 몸체부에 의해 구성되고, 상기 선단부에 고용되는 탄소의 농도는, 상기 테이퍼부에 고용되는 탄소의 농도보다 높은 것을 특징으로 한다.

본원 제1의 발명에 관한 방전 램프에 의하면, 용이 전자 방사성 재료로서 산화란탄(La₂0₃)을 함유하는 음극에, 탄소(C)를 고용시킴으로써, 방전 램프의 점등 시에 온도가 비교적 높아지지 않는 부위에서도 산화란탄(La₂0₃)의 환원이 진행되어 란탄(La)을 생성할 수 있다. 음극에 탄소(C)가 고용되어 있지 않은 경우에 비해, 란탄(La)의 공급원이 되는 부분을 넓힐 수 있어, 란탄(La)의 공급량을 늘리고, 장수명의 방전 램프를 제공할 수 있다.

본원 제2의 발명에 관한 방전 램프에 의하면, 점등 시에 고온으로 되는 음극의 선단부의 탄소(C)의 농도를 높여 산화란탄 입자 부근의 CO 분압을 높게 함으로써 환원 반응을 억제하고, 란탄(La)의 유출을 억제하여, 음극의 선단부의 소모(消耗)를 억제할 수 있다. 또한, 음극의 테이퍼부는, 점등 시에도 선단부일수록 고온으로 되지 않으므로, 선단부에 비해 탄소(C)의 농도를 낮추고, 환원 반응을 촉진시킨다. 테이퍼부에서 생성된 란탄(La)이 텅스텐(W)의 입계(粒界)를 따라 확산하여 음극의 선단부에 공급되어, 란탄((La) 부족에 의한 깜박임의 발생을 막는다.

도 1은, 본 발명의 방전 램프의 일례로서, 노광 장치용 광원으로서 사용되 는, 방전 공간에 수은이 봉입되어 있는 방전 램프의 구성을 나타내는 설명용 단면도이다. 방전 용기(1)의 일부인 발광관(2)만을 투과시켜 그 내부의 구조를 나타내고 있다.

방전 램프는, 예를 들면 석영 유리 등의 광 투과성 재료로 이루어지고, 대략 구형상의 발광관(2)과 그 양단에 연속하여 바깥쪽으로 신장하는 실링관(3)을 가지는 방전 용기(1)를 구비하고, 방전 용기(1)의 내부에는, 각각 예를 들면 텅스텐(W)으로 이루어지는 양극(4) 및 음극(5)이 방전 용기(1)의 관축 방향에 있어서 대향 배치되어 있다. 음극(5)은 양극(4)과 대향하도록 배치되는 선단부(51)와, 선단부(51)를 향해 직경이 축소되는 테이퍼부(52)와, 원주상의 몸체부(53)에 의해 구성된다.

방전 용기(1)의 내부 공간에는, 발광 물질 또는 시동 보조용 가스로서의 수은 및 버퍼 가스가 각각 소정의 봉입량으로 봉입되어 있다. 버퍼 가스로는, 예를 들면 크세논 가스가 봉입된다. 수은의 봉입량은, 예를 들면 1㎎/㎤∼70㎎/㎤의 범위 내, 예를 들면 22㎎/㎤로 되고, 크세논 가스의 봉입량은 예를 들면 0.05MPa∼0.5MPa의 범위 내, 예를 들면 0.1MPa로 된다.

이 방전 램프에 있어서, 양극(4) 및 음극(5)의 전극 간에 고전압 예를 들면 20kV가 인가됨으로써, 음극(5)으로부터 양극(4)으로 전자가 날아가 전극간에서 절연 파괴가 발생하고, 이에 연속하여 방전 아크가 형성되어, 예를 들면 파장 365㎚의 i선이나 파장 435㎚의 g선을 포함하는 광이 방사된다.

양극(4)은, 예를 들면 텅스텐 함유율이 99.99중량% 이상인 순텅스텐을 이용 하고, 음극(5)은, 텅스텐을 주성분으로 하고, 텅스텐 함유율을 98중량% 약(弱)으로 하고 있다. 이 음극(5)의 텅스텐 금속 기체 중에, 용이 전자 방사성 재료로서 란탄(La)의 금속 산화물과, 용이 전자 방사성 재료를 안정화시키는 안정화재로서, 지르코늄(Zr)의 금속 산화물이 포함되고, 또한 탄소(C)가 텅스텐(W) 중에 고용되어 있다.

음극(5)에 함유되는 산화란탄(La₂0₃)은 용이 전자 방사성 재료이고, 환원되어 산소가 이탈하고, 란탄 원자로서 텅스텐 내를 이동하여 음극의 선단부(51)까지 진행하고, 음극(5)의 선단부(51)를 피복하여 단원자층 전자 방사 음극이 형성된다. 즉, 음극(5)의 선단부(51)에 란탄(La)이 1원자층으로 피복함으로써, 음극(5)의 일 함수가 작아지고, 음극(5)의 동작 온도가 내려가, 음극(5)의 수명을 늘릴 수 있다.

음극(5)에 함유되는 산화지르코늄(ZrO₂)은 용이 전자 방사성 재료를 안정화시키는 안정화재이며, 텅스텐 산화물이 형성되어, 융점이 저하함에 따른 액상화를 억제할 수 있는 것이다. 산화란탄(La₂0₃)이 환원됨으로써 발생하는 산소(0₂)는, 지르코늄(Zr) 등이 없는 경우에는, 텅스텐(W)과 결합하여 텅스텐 산화물(WO₃)을 생성한다. 텅스텐 산화물(WO₃)은, 란탄 산화물(La₂0₃)과 융점이 낮은 화합물을 형성하고, 액상화함으로써 에미터의 수송 속도가 급속히 증가하여, 소모되어 버린다는 문제가 발생한다.

이 때문에, 산화지르코늄(ZrO₂)을 첨가하고, 텅스텐(W)보다도 산소와 결합되 기 쉬운 지르코늄(Zr)이 산소 게터로서 기능하여, 텅스텐 산화물(WO₃)이 형성되는 것을 억제하고 있다. 융점이 낮은 화합물이 형성되지 않게 되므로, 음극(5)의 동작 온도 정도에서 액상화되는 것이 억제되어, 란탄(La)이 조기에 증발되어 고갈하는 것을 방지할 수 있다.

음극(5)에 함유되는 탄소(C)는, 금속 원소와 화합물을 형성한 탄화물(카바이드)과 같은 형태가 아니고, 텅스텐(W) 중에 고용된 단체(單體)로 존재하고 있다. 고용이란, 금속의 결정 구조 내에 다른 원자가 들어가도, 원래의 결정 구조의 형태를 유지하여 고체 상태로 서로 섞이는 상태를 말하고, 구체적으로는, 원자 반경이 작은 탄소(C)가, 텅스텐(W)의 금속 결정 격자의 원자간의 간극에 침입한 침입형 고용체로 되어 있다.

도 2는, 텅스텐(W)과 탄소(C)의 평형 상태도이다.

출전；S. V. Nagender Naidu and P.Rama Rao, Phase Diagrams of Binary Tungsten Alloys, (Indian Institute of Metals, 1991) P.37-50

가로축은 텅스텐(W)과 탄소(C)의 비율을 나타내고, 세로축은 온도를 나타낸다.

평형 상태도에서, 텅스텐(W)에 함유하는 탄소(C)의 비율에 의해, 탄소(C)의 혼입되는 상태도 바뀌는 것을 알 수 있다. 그래프의 중앙 아래쪽 부분(a)은, 탄소(C)의 비율이 30%∼50%이고, 온도가 2700℃이하인 상태를 나타내고, 탄화텅스텐(WC)과 같은 텅스텐(W)과 탄소(C)의 화합물인 탄화물(카바이드)을 만드 는 것을 읽을 수 있다. 그래프의 좌측단 부분(b)은, 탄소(C)의 비율이 극소량이고, 온도가 2700℃ 부근인 상태를 나타내고, 탄소(C)는 화합물을 형성하지 않고, 텅스텐(W)에 고용되고, 탄소(C)가 단체로서 존재하는 것을 읽을 수 있다. 이러한 (b)의 조건 상태를 고용체라고 하고, 2종류 이상의 원소가 서로 용합되어, 전체가 균일한 고상(固相)으로 되어 있다.

도 3은 도 2에 도시하는 평행 상태도의, 탄소(C)의 비율이 매우 작은 부분을 확대하여 나타내는 도면이다.

출전: S.V.Nagender Naidu and P.Rama Rao, Phase Diagrams of Binary Tungsten Alloys. (Indian Institute of Metals, 1991) P.37-50

탄소(C)의 비율이 극소량인 좌측(b)이 고용상으로 되고, 탄소(C)의 비율이 비교적 크고, 온도가 높은 우측 상부(α)가 고용상과 액상이 섞인 상태를 나타내고, 탄소(C)의 비율이 비교적 크고, 온도가 낮은 우측 하부(β)가 고용상과 카바이드가 섞인 상태를 나타낸다.

고용상과 액상이 섞인 상태(α)와 고용상(b)의 경계선으로부터, 탄소(C)의 비율이 커지면, 융점이 내려가는 것을 읽을 수 있다. 음극(5)의 선단부(51)의 부근은 점등 시에 3000℃정도의 고온으로 되기 때문에, 탄소(C)의 혼입 비율을 작게 억제하고, 점등 시에 음극(5)이 용융하지 않도록 할 필요가 있다. 방전 램프의 점등 시에도 음극(5)이 녹지 않도록 하기 위해서는, 탄소의 농도가 100wt. ppm(약 0.15at.%) 이하이지 않으면 안되는 것을, 평형 상태도로부터 읽을 수 있다.

상기와 같은 텅스텐 금속 기체 중에 탄소(C)를 고용시킨 구성을 음극(5)에 적용하여 시험한 바, 방전 램프의 수명이 개선되었다. 개선된 이유로는, 이하의 현상이 발생하는 것이 추측된다.

텅스텐(W) 중에 고용되어 있는 탄소(C)는, 마찬가지로 텅스텐(W) 중에 함유되는 산화란탄(La₂0₃)과 이하와 같은 반응을 일으켜, 산화란탄(La₂0₃)을 환원한다.

La₂0₃＋3C ⇔ 2La＋3CO

환원되어 생성된 단체의 란탄(La)은, 텅스텐(W)의 결정 입계를 확산하고, 음극(5)의 선단부(51)로 진행된다. 한편, 환원에 수반하여 생성된 일산화탄소(CO)는 텅스텐(W) 중의 산화란탄(La₂0₃)을 포함하는 산화물의 입자가 존재하는 공극에 기체로서 존재하게 된다.

산화란탄(La₂0₃)의 환원이 진행되면 일산화탄소(CO)의 양도 증가하고, 상기의 공극에 있어서의 일산화탄소(CO)의 압력이 높아진다. 이러한 상태로 되면, 일산화탄소(CO)는 텅스텐(W)에 접하는 부분에서 탄소(C)와 산소(O)로 분해되어 각각 텅스텐(W) 중에 고용된다.

이러한 2차 반응(CO ⇔C＋O)에 의해, 탄소(C)는 반복하여 사용되므로, 소량이라도 산화란탄(La₂0₃)을 충분히 환원시킬 수 있다. 또한, 산화란탄(La₂0₃)의 환원에 의해 발생하는 산소(0₂)가, 탄소와 결합하여 일산화탄소(CO)를 생성하고, 텅스텐 산화물(WO₃)이 형성되는 것을 억제하므로, 란탄(La)이 조기에 증발하여 고갈하는 일도 없다.

탄소(C)가 금속 원소와 화합물을 형성한 탄화물(카바이드)과 같은 형태가 아니라, 텅스텐(W) 중에 고용된 단체로 존재하고 있으므로, 탄소(C)를 금속 원소와 분해할 필요가 없다. 탄소(C)를 환원제로서 사용할 때, 탄소(C)를 분해하기 위해서 필요한 에너지가 필요없기 때문에, 온도가 비교적 낮은 곳에서도 산화란탄(La₂0₃)의 환원 반응이 일어난다.

또한, 탄소(C)를 탄화물(카바이드)의 형태로 함유시키면, 탄화물(카바이드)이 음극(5)의 일부에 국소적으로 편재하게 되는데, 탄소(C)를 고용시키면, 소량의 탄소(C)가 음극(5)에 균일하게 편재하게 된다. 따라서, 음극(5)의 어느 부분에 존재하는 산화란탄(La₂0₃)에나, 바로 옆에 탄소(C)가 배치되어, 산화란탄(La₂0₃)의 환원 반응을 방해하지 않고 진행시킬 수 있다.

용이 전자 방사성 재료로서 산화란탄(La₂0₃)을 함유하는 음극(5)에, 탄소(C)를 고용시킴으로써, 방전 램프의 점등 시에 온도가 비교적 높아지지 않는 부위에서도 산화란탄(La₂0₃)의 환원이 진행되어 란탄(La)을 생성시킬 수 있다. 음극(5)에 탄소(C)가 고용되어 있지 않은 경우에 비해, 란탄(La)의 공급원이 되는 부분을 넓힐수 있어, 란탄(La)의 공급량을 늘리고, 긴 수명의 방전 램프를 제공할 수 있다.

용이 전자 방사성 재료로서 산화란탄(La₂0₃)을 이용하는 경우, 지금까지는, 환원이 충분히 진행되지 않으므로 란탄(La)이 부족하여 음극(5)의 선단의 온도가 상승되어 버려, 대전력이 투입되는 대형의 방전 램프에는 채용할 수 없었다. 그러 나, 양극(4)에 탄소(C)와 산소(O)를 첨가하여 음극(5)의 내부에 탄소(C)를 확산하도록 함으로써, 대전력이 투입되는 대형의 방전 램프에 용이 전자 방사성 재료로서 산화란탄(La₂0₃)을 채용해도, 란탄(La)을 충분히 공급할 수 있게 된다.

또한, 선단부(51)에 고용되는 탄소의 농도를, 테이퍼부(52)에 고용되는 탄소의 농도보다 높아지도록 음극(5)을 구성하여 시험한 바, 방전 램프의 수명이 더욱 개선되었다. 개선된 이유로는, 이하의 현상이 발생하는 것이 추측된다.

결정과 결정의 사이에 기체로서 존재하는 일산화탄소(CO)의 압력은, 텅스텐(W) 중에 고용되어 있는 탄소(C)와 산소(0)의 농도가 높을수록, 높아진다. La₂0₃＋3C ⇔ 2La＋3CO의 화학 반응식으로 나타나는 산화란탄의 환원은, 평형 반응이므로, 일산화탄소(CO)의 농도가 높을수록, 텅스텐(W) 중의 산화란탄의 환원 반응이 억제되어, 에미터로서의 란탄(La)의 유출을 억제한다.

턴스텐(W) 중에 고용되어 있는 탄소(C)의 농도가 높을수록, 일산화탄소(CO)의 분압이 상승하여, 산화란탄(La₂0₃)의 환원 반응이 억제된다. 산화란탄의 환원 반응은 온도에도 의존하기 때문에, 점등 시에 고온이 되는 음극(5)의 선단부(51)의 탄소(C)의 농도를 높임으로써 환원 반응을 억제하고, 란탄(La)의 유출을 억제하여, 음극(5)의 선단부(51)의 소모를 억제할 수 있다. 한편, 음극(5)의 선단부(51) 주위의 테이퍼부(52)는, 점등 시에도 선단부(51)만큼 고온으로 되지 않으므로, 선단부(51)에 비해 탄소(C)의 농도를 낮추어, 환원 반응을 촉진시킨다. 테이퍼부(52)에서 생성된 란탄(La)이 텅스텐(W)의 입계를 따라 확산하여 음극(5)의 선단부(51) 에 공급되어, 란탄(La) 부족에 의한 깜박임의 발생을 막는다.

계속해서, 텅스텐(W) 중에 탄소(C)가 고용되어 있는 음극(5)의 제조 방법에 대해서 설명한다.

음극 재료인 텅스텐은, 분말 야금법에 따라 형성된다. 우선, 조제 텅스텐 분말이 적당한 입도 분포를 가지도록 평균 입경이 다른 분말을 혼합하고, 스테아린산 등의 바인더를 첨가하여, 형에 충전하고, 가압 성형하여, 봉형상의 성형체를 얻는다. 계속해서, 수소 중에서 서서히 온도를 올려 바인더를 날려버리고, 온도를 더 올려 가(假)소결체를 얻는다. 이 때, 수소의 이슬점이 낮으면, 바인더 유래의 탄소(C)의 잔류량이 많아지므로, 수소의 이슬점을 조절함으로써, 탄소(C)의 도프량을 조정할 수 있다.

또한, 수소의 이슬점을 비롯하여 낮게 유지하여 바인더 유래의 탄소(C)의 잔류량을 많게 해 두고, 가소결의 마지막에, 이슬점이 높은 습기찬 수소를 흐르게함으로써, 음극의 표면 부근의 잔류 탄소(C)를 제거하여, 중심 부근의 탄소 농도가 높고, 선단 주변의 탄소 농도가 낮은 가소결체를 얻을 수 있다.

또한, 가소결체를 수소 중에서 통전 소결함으로써, 소결봉이 얻어진다. 소결의 과정에서, 텅스텐(W) 중에 함유하는 탄소(C)량이 감소한다. 감소의 비율은 가소결체의 굵기, 원료 분말의 입도 분포, 가소결체의 외관 밀도, 소결 온도(통전 전류), 소결 시간에 따라 변화하므로, 감소 비율에 따라, 가소결 시의 수소의 이슬점을 조절하여, 많이 넣음으로써, 원하는 탄소량을 가진 텅스텐 소결봉을 얻을 수 있다.

또한, 방전에 의해 탄소가 주입함으로써, 선단부(51)에 고용되는 탄소 농도를 높게 하는 것도 가능하다. 음극 형상으로 마무리한 후, 대기압의 아르곤 분위기 중에서, 음극 선단부에서 방전시켜, 선단 온도가 2500K정도가 되도록 전류를 조정한다. 그 후, 가스를 아르곤에 13Pa 이하의 메탄을 혼입한 것으로 바꾸어, 약 1시간 정도 방전을 유지한다. 이 처리에 의해, 선단부(51)의 약 3㎜ 정도에 있어서, 고용되는 탄소 농도를 높게 할 수 있다.

계속해서, 음극 재료의 텅스텐(W) 중에 탄소(C)가 고용되어 있는 것을 검증하는 분석 방법에 대해서 설명한다.

도 3에 도시하는 평형 상태도에서, 텅스텐(W) 중에 탄소(C)를 함유하고, 또한, 그 양이 100wt.ppm 이하일 때는, 모든 온도에 있어서 탄소(C)가 카바이드와 같은 탄화물을 형성하지 않고, 텅스텐(W) 중에 탄소(C)가 고용되어 있다고 할 수 있다. 따라서, 음극 재료의 텅스텐(W)을 분석하여, 탄소(C)를 함유하고 있는 것이 확인되고, 그 양이 100wt.ppm 이하이면, 텅스텐(W) 중에 탄소(C)가 고용되어 있다고 할 수 있다.

텅스텐(W) 중에 함유하고 있는 탄소(C)의 양을 검출하는 분석 방법은, 텅스텐·몰리브덴 공업회 규격, 텅스텐 및 몰리브덴 분석 방법, 16. 전 탄소 정량 방법에 의한다. 전 탄소의 정량 방법으로서, a) 연소―유전율법, b) 연소―전량(電量)법, c)연소―전열 전도법, d) 연소―적외선 흡수법(적분법), e) 연소―적외선 흡수법(순환법)을 들 수 있는데, 어떠한 것이어도 된다.

여기서는, a) 연소―유전율법에 대해서 설명한다.

음극(5)을 부수어 텅스텐의 분말상태로서 시료로 하고, 시료를 산소 기류 중에서 가열하고, 탄소를 산화하여 이산화탄소로 하고, 일정량의 수산화나트륨 용액에 흡수시켜, 흡수 전후의 용액의 전도율의 변화를 측정함으로써, 탄소의 함유율을 구할 수 있다.

또한, 도 1에 나타내는 방전 램프에 대해서, 수은이 봉입되어 있는 것으로서 설명했는데, 봉입물을 수은으로 바꾸어 크세논 가스만으로 하고, 영사기 등에서 광원으로서 사용되는 방전 램프에 있어서, 본 발명의 탄소(C)가 고용된 음극으로 할 수도 있다.

이어서, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.

〔실험예〕

텅스텐 금속 기체 중에, 란탄의 금속 산화물과 지르코늄의 금속 산화물이 포함된 재료에, 탄소를 고용시켜 형성된 음극을 이용하여, 크세논 숏 아크 램프를 제작하여, 1000시간까지 점등했을 때의 램프 전압을 측정했다.

음극 및 크세논 숏 아크의 구성은 하기와 같다.

<사양>

봉입 가스 : 크세논(Xe) 0.65MPa(정압)

입력 : 2kW

음극：축방향 길이 15㎜, 몸체부 외경 : 6㎜, 테이퍼부 각도 40°

주성분 텅스텐, La₂Zr₂0₇를 2wt.% 첨가

실험 대상 1로서, 탄소가 약 10wt.ppm의 농도로 텅스텐에 고용된 재료로 이루어지는 음극을 준비했다. 실험 대상 2로서, 표면으로부터 약 3㎜의 선단부에 있어서 탄소가 약 50wt.ppm의 농도로, 표면으로부터 약 3㎜ 이상 떨어진 테이퍼부에 있어서 탄소가 약 10wt.ppm의 농도로, 텅스텐에 고용된 재료로 이루어지는 음극을 준비했다. 또한, 비교예로서, 탄소가 텅스텐에 고용되지 않은 재료로 이루어지는 음극을 준비했다.

각 음극을 이용했을 때의 램프 전압은, 전압 변동율을 이용하여 비교했다. 점등 후에 정상 상태로 되었을 때를 기점으로 하여, 기점 시(Oh)와, 기점으로부터 계측하여 연속 점등 시간이 100시간(100h), 200시간(200h), 500시간(500h), 1000시간(1000h)으로 된 시점에서 전압 변동율을 계측했다. 여기서는, 전압 변동율을, 10초간의 전압 파형에 있어서의 최대치와 최소치의 차이를 평균치로 나눈 값으로 했다.

실험 결과를 표 1에 나타낸다.

<표 1>

크세논 램프는 영사기 등에 있어서 광원으로서 사용되고 있는데, 조도 변동이 커지면 영상면에서의 깜박임으로 되어 나타나므로, 조도 변동을 기준으로 하여 램프 수명이 설정되어 있다. 전압 변동율은 조도 변동의 대용 특성으로서 이용할 수 있고, 전압 변동율이 5%를 넘으면 조도 변동이 커져, 램프 수명으로 판정된다.

이 기준에 의하면, 비교예의 크세논 램프의 수명은 500시간 정도인데, 탄소가 고용된 음극을 가지는 실험 대상 1, 2의 크세논 램프의 수명은 1000시간 이상으로 된다. 특히 선단부의 탄소 농도를 높게 한 실험 대상 2의 크세논 램프는 1000시간 점등 후에 있어서도 전압 변동율은 낮게 유지되어 있어, 보다 긴 수명의 크세논 램프로 되는 것으로 추측된다.

도 1은 본 발명의 방전 램프의 일례에 있어서의 구성을 나타내는 설명용 단면도.

도 2는 텅스텐(W)과 탄소(C)의 평형 상태도.

도 3은 도 2에 도시하는 평형 상태도의, 탄소(C)의 비율이 극히 작은 부분을 확대하여 도시하는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 방전 용기 2 : 발광관

3 : 실링관 4 : 양극

5 : 음극

Claims

방전 용기의 내부에 당해 방전 용기의 관축 방향에 있어서 대향하도록 배치된 양극과 음극을 가지고, 텅스텐 금속 기체(基體) 중에, 란탄의 금속 산화물과, 지르코늄의 금속 산화물이 포함된 재료에 의해 상기 음극이 형성된 방전 램프에 있어서,

상기 음극을 구성하는 텅스텐 금속 기체 중에 탄소가 고용(固溶)되어 있는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
청구항 1에 있어서,

상기 음극은 선단부와 테이퍼부와 몸체부에 의해 구성되고, 상기 선단부에 고용되는 탄소의 농도는, 상기 테이퍼부에 고용되는 탄소의 농도보다 높은 것을 특징으로 하는 방전 램프.