WO2000045418A1

WO2000045418A1 - Electrode pour tube a decharge et tube a decharge comprenant cette electrode

Info

Publication number: WO2000045418A1
Application number: PCT/JP2000/000383
Authority: WO
Inventors: Nobuharu Harada; Syoji Ishihara
Original assignee: Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2000-08-03
Also published as: DE60044667D1; EP1150335A1; EP1150335A4; AU2318800A; JP2000215845A; JP3337658B2; US20010052755A1; EP1150335B1; US6664733B2

Description

曰月糸田 ¾

放電管用電極及びこれを用いた放電管技術分野

本発明は、放電管用電極及びこれを用いた放電管に関するものである。背景技術

照明用、計測機器用の光源として、放電管が広く用いられている。放電管は、陰極と陽極とを対向させて放電ガス雰囲気中に封入し、陰極と陽極との間でァ一ク放電を行わせることによって光を発する光源である。かかる放電管には、例えば実公平 4— 3 3 8 8号公報に開示されているような電極が設けられている。すなわち、高融点金属棒の先端に、多孔質高融点金属に易電子放射物質を含浸させたキャップ形状の含浸型電極をかぶせた電極である。上記電極の如く、多孔質高融点金属に易電子放射物質を含浸させた電極を用いることで、容易に電子放射が得られるとともに、電極先端の損傷も少なくなる。発明の開示

しかし、上記放電管、特に上記放電管に用いられる上記電極には、以下に示すような問題点があった。すなわち上記電極は、電極の基体部として棒状部材、すなわち高融点金属棒を用いているため、電極の本体部である含浸型電極と高融点金属棒との接触面積が小さく、含浸型電極と高融点金属との間の熱伝達効率が著しく低い。従って、含浸型電極で発生した熱を効率良く放散することができない。かかる問題点を解決すべく、電極の基体部に凸部が形成された端面を設けて当該凸部を電極の本体部の挿入穴に挿入し、電極の基体部と本体部との接触面積を大きくすることにより放熱効率を高める電極が考えられる。

しかし上記電極においても、電極の基体部と本体部との間にはわずかな間隙が生じ、放熱効率が十分ではない。また、かかる間隙が生じている場合は、この間隙に残留した（易）電子放射物質が放電管使用時の温度上昇に伴って蒸発し、放電管の壁面に付着する。その結果、放電管の出力光量が低下し、放電管の寿命が短くなる。

そこで本発明は、上記問題点を解決し、放熱効率が高く、寿命の長い放電管及びこれに用いる放電管用電極を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の放電管用電極は、陰極と陽極とを対向させて放電ガス雰囲気中に封入し、陰極と陽極との間でアーク放電を行わせる放電管に用いられる放電管用電極であって、高融点金属によって形成され、凸部が形成された端面を有する基体部と、高融点金属に易電子放射物質を含有させて形成され、一端に尖頭を有するとともに、他端に基体部の凸部を挿入する挿入穴が形成された端面を有する本体部とを備え、基体部の上記端面と本体部の上記端面との間隙をろう材で塞いだことを特徴としている。

基体部の凸部を本体部の挿入穴に挿入することで、凸部が形成された基体部の端面と、挿入穴が形成された本体部の端面とが対向する。ここで、基体部の上記端面と本体部の上記端面との間隙をろう材で塞ぐことで、本体部と基体部との間の熱伝達効率が向上する。また、基体部の上記端面と本体部の上記端面との間隙をろう材で塞ぐことで、易電子放射物質が外部から当該間隙に進入することが防止されるとともに、本体部から当該間隙に易電子放射物質がしみ出たとしても、かかる易電子放射物質が当該間隙から外部に出ることが防止される。

本発明の放電管用電極においては、ろう材は、上記間隙に充填されていることを特徴としてもよい。

ろう材が間隙に充填されていることで、当該ろう材を介して本体部と基体部との間の熱伝達効率がさらに向上する。

本発明の放電管用電極においては、基体部の上記端面は、本体部の上記端面よりも大きいことを特徴，基体部の上記端面を本体部の上記端面よりも大きくすることで、本体部の放熱効率が向上する。

本発明の放電管用電極においては、ろう材は、上記間隙から本体部の側面に延びて設けられていることを特徴としてもよい。

ろう材が、上記間隙から本体部の側面に延びて設けられていることで、本体部の側面からしみ出した易電子放射性物質が外部に出ることが防止される。

また、本発明の放電管用電極においては、本体部は、多孔質の高融点金属に易電子放射物質を含浸させた含浸型金属からなることを特徴としてもよい。

本体部を、多孔質の高融点金属に易電子放射物質を含浸させた含浸型金属とすることで、易電子放射物質が本体部に均一に含有されることになり、出力光の均一性が増す。また、含浸によって易電子放射物質を本体部に含有させる場合は、通常、基体部の凸部を本体部の挿入穴に挿入したあとで易電子放射物質を含浸させることになるが、基体部の上記端面と本体部の上記端面との間隙をろう材で塞いでいるため、易電子放射物質の含浸時においても、当該易電子放射物質が上記間隙に進入することが防止される。

また、本発明の放電管用電極においては、ろう材は、本体部及び基体部のいずれの融点よりも低く、かつ、本体部に易電子放射物質を含浸させる含浸温度よりも高い融点を有する材料からなることを特徴としてもよい。

本体部及び基体部のいずれの融点よりも低い融点を有するろう材を用いることで、ろう材を加熱して融解させ、上記間隙を塞ぐ際においても、本体部及び基体部の形状は確保される。また、含浸温度よりも高い融点を有するろう材を用いることで、含浸時にろう材が蒸散したり、変形したりすることが無くなる。

本発明の放電管用電極においては、ろう材は、モリブデン—ルテニウムろう材であることを特徴としてもよい。

また、本発明の放電管用電極においては、易電子放射物質は、アルカリ土類金属の単体若しくは酸化物を含んで形成されることを特徴としてもよい。易電子放射物質として、アル力リ土類金属の単体若しくは酸化物を用いることで、本体部の仕事関数を効果的に小さくすることが可能となる。

また、本発明の放電管用電極においては、本体部の尖頭の先端を露出させるとともに、本体部の表面を被覆する高融点金属からなる被膜をさらに備えたことを特徴としてもよい。

かかる被膜を備えることで、本体部の側面からしみ出した易電子放射性物質の外部への蒸散をより効果的に防止できる。

上記課題を解決するために、本発明の放電管は、陰極と陽極とを対向させて放電ガス雰囲気中に封入し、陰極と陽極との間でアーク放電を行わせる放電管であつて、陰極と陽極との少なくとも一方は、上記いずれかの放電管用電極であることを特徴としている。

上記いずれかの電極を用いることで、基体部の上記端面と本体部の上記端面との間隙に、外部から易電子放射物質が進入することが防止されるとともに、本体部から当該間隙に易電子放射物質がしみ出たとしても、かかる易電子放射物質が当該間隙から外部に出ることが防止される。図面の簡単な説明

図 1は放電管の断面図である。

図 2は電極の断面図である。

図 3 A、図 3 B、図 3 C、図 3 Dは電極の製造工程図である。

図 4は放電管の出力の経時的変化を示すグラフである。

図 5は電極の断面図である。

図 6は電極の断面図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の実施形態に係る放電管について、図面を参照して説明する。なお、本発明の実施形態にかかる放電管用電極は、本実施形態にかかる放電管に含まれる。まず、本実施形態に係る放電管の構成について説明する。図 1は、本実施形態に係る放電管の断面図である。本実施形態にかかる放電管 1 0は、ガラスバルブ 1 2、陰極 1 4及び陽極 1 6を備えて構成される。

ガラスバルブ 1 2は石英から形成され、略棒状の形状を有している。ガラスバルブ 1 2の中間部には、中空のガス封入部 1 2 aが形成され、この内部にキセノンなどの放電ガスが封入されている。ガス封入部 1 2 aの内部には、陰極 1 4と陽極 1 6とが互いに対向して配置されている。陰極 1 4と陽極 1 6はそれぞれ、ガラスバルブ 1 2の両端部に設けられた外部端子 1 8， 2 0に電気的に接続されている。かかる外部端子 1 8 , 2 0を介して陰極 1 4と陽極 1 6との間に電圧を印加することで、陰極 1 4と陽極 1 6との間にアーク放電が発生し、光が発せられる。

図 2は、一方の電極である陰極 1 4の断面図である。陰極 1 4は、陰極先端部 2 2 (本体部）とリード棒 2 4 (基体部）とを備えて構成される。リード棒 2 4 は、モリブデン（高融点金属）によって形成されており、円柱状に延びる形状を有している。ここで、リード棒 2 4の一方の端面 2 4 aには、円柱状の凸部 2 4 bが形成されている。

陰極先端部 2 2は、多孔質のタングステン（高融点金属）にバリウム（（易）電子放射物質））を含浸させて形成される。アルカリ土類金属であるバリウムを含浸させることで、陰極先端部 2 2の仕事関数を小さくすることができ、電子の放出が容易となる。また、陰極先端部 2 2は、陽極 1 6に対向する一方の端部側に設けられた円錐状の尖頭 2 2 aと、他方の端部側に設けられた円柱状の基部 2 2 bとからなる砲弾形状を有している。ここで特に、基部 2 2 bの端面 2 2 cには、リード棒 2 4の凸部 2 4 bを挿入する円柱状の挿入穴 2 2 dが形成されている。

リード棒 2 4の凸部 2 4 bは、陰極先端部 2 2の挿入穴 2 dに挿入されており、リード棒 2 4の端面 2 4 aと陰極先端部 2 2の端面 2 2 cとは対向している。ここで特に、リード棒 2 4の端面 2 4 aは、陰極先端部 2 2の端面 2 2 cよりも大きくなつている。また、リード棒 2 4の凸部 2 4 bの外径と陰極先端部 2 2の挿入穴 2 2 dの内径とは略同一となっており、リード棒 2 4の凸部 2 4 bを陰極先端部 2 2の挿入穴 2 2 dに圧入することによって、リード棒 2 4と陰極先端部 2 2とが結合される。

リード棒 2 4の端面 2 4 aと陰極先端部 2 2の端面 2 2 cとの間隙は、モリブデンールテニウムろう材 2 6によって塞がれており、当該間隙と外部とを隔絶する。より詳細には、当該間隙にモリブデン—ルテニウムろう材 2 6が充填されており、さらにモリブデン—ルテニウムろう材 2 6は、リード棒 2 4の端面 2 4 a のうち陰極先端部 2 2の端面 2 2 cに対面しない部分、及び、陰極先端部 2 2の側面にまで延びるように設けられている。ここで特に、モリブデン一ルテニウムろう材 2 6の融点は 1 9 5 0 ° であり、陰極先端部 2 2の材料である夕ングステンの融点（3 4 1 0 °C)、及び、リード棒 2 4の材料であるモリブデンの融点（2 6 2 0 °C) のいずれよりも低く、また、陰極先端部 2 2にバリウムを含浸させる含浸温度（約 1 5 0 0 °C) よりも高くなつている。

陽極 1 6は、タングステンによって形成されており、図 1に示すように、陰極 1 4に対向する一方の端部側に設けられた円錐台状の先端部を円柱状の基部に接続させた形状を有している。

続いて、本実施形態にかかる放電管の 1つの特徴部分である陰極 1 4の製造方法について説明する。図 3 A〜図 3 Dは、陰極 1 4の製造工程図である。陰極 1 4を製造するにはまず、図 3 Aに示すように、リード棒 2 4の端面 2 4 aに形成された凸部 2 4 bを、陰極先端部 2 2の端面 2 2 cに形成された挿入穴 2 2 dに圧入 ·固定する。

その後、図 3 Bに示すように、筒状に成形されたモリプデン一ルテニウムろう材 2 6を、陰極先端部 2 2の基部 2 2 bの外周とリード棒 2 4の端面 2 4 aとの双方に接するように配置する。

さらにその後、モリブデン一ルテニウムろう材 2 6を加熱すると、図 3 Cに示すように、リード棒 2 4の端面 2 4 aと陰極先端部 2 2の端面 2 2 cとの間隙にモリブデン一ルテニウムろう材 2 6が充填される。ここで、モリブデン一ルテニゥムろう材 2 6の量を適宜調節することで、モリプデン一ルテニウムろう材 2 6 を、リード棒 2 4の端面 2 4 aのうち陰極先端部 2 2の端面 2 2 cに対面しない部分、及び、陰極先端部 2 2の側面にまで延びるように設けることができる。また、陰極先端部 2 2及びリード棒 2 4を構成する材料の融点がモリブデンールテニゥムろう材 2 6の融点よりも高いことから、モリブデン一ルテニウムろう材 2 6を加熱して融解させる際の陰極先端部 2 2及びリード棒 2 4の熱変形が防止される。

その後、図 3 Dに示すように、約 1 5 0 0 °Cの雰囲気下で、陰極先端部 2 2にバリウム 2 8を含浸させる。ここで、モリプデン一ルテニウムろう材 2 6の融点が含浸温度よりも高いことから、バリゥム 2 8の含浸時にモリブデン—ルテニゥムろう材 2 6が蒸散したり、変形したりすることが防止される。また、易電子放射物質であるバリウム 2 8を含浸によって陰極先端部 2 2に含有させることで、バリウム 2 8が陰極先端部 2 2に均一に含有されることになり、出力光の均一性が増す。

続いて、本実施形態にかかる放電管の作用及び効果について説明する。本実施形態にかかる放電管 1 0は、陰極 1 4において、リード棒 2 4の端面 2 4 aと陰極先端部 2 2の端面 2 2 cとの間隙をモリブデン—ルテニウムろう材 2 6によつて塞いでおり、特に当該間隙にモリブデン一ルテニウムろう材 2 6を充填することによって当該間隙を塞いでいる。従って、バリウム等の易電子放射物質が外部から当該間隙に進入することが防止される。よって、放電管 1 0の使用時に、周囲温度が上昇しても、易電子放射物質が蒸発して放電管 1 0の壁面に付着することはない。その結果、放電管 1 0の出力光量を長期間良好に維持することが可能となり、放電管 1 0の寿命を長くすることが可能となる。

本実施形態にかかる放電管 1 0はさらに、モリブデン一ルテニウムろう材 2 6 を、リード棒 2 4の端面 2 4 aのうち陰極先端部 2 2の端面 2 2 cに対面しない部分、及び、陰極先端部 2 2の側面にまで延びるように設けている。従って、陰極先端部 2 2の基部 2 2 bの側面から易電子放射物質がしみ出たとしても、かかる易電子放射物質が外部に出ることが防止される。その結果、放電管の寿命をさらに長くすることが可能となる。

図 4は、本実施形態にかかる放電管 1 0 (図 4中の A ) と比較対象にかかる放電管（図 4中の B ) とについて、その出力の経時的変化を示すグラフである。ここで、比較対象にかかる放電管とは、リード棒の端面と陰極先端部の端面との間隙にモリブデン—ルテニウムろう材が充填されていない陰極を有する放電管を言う。図 4から明らかなように、比較対象にかかる放電管は、 1 0 0 0時間動作させると光出力が初期の 7 0 %程度まで低下するのに対し、本実施形態にかかる放電管 1 0は、 1 0 0 0時間動作させても初期の 8 0 %以上の光出力を維持することができる。

さらに、本実施形態にかかる放電管 1 0は、リード棒 2 4の端面 2 4 aと陰極先端部 2 2の端面 2 2 cとの間隙をモリブデン—ルテニウムろう材 2 6によって塞いでおり、特に当該間隙にモリブデン—ルテニウムろう材 2 6を充填していることで、モリブデン一ルテニウムろう材 2 6を介して陰極先端部 2 2とリード棒 2 4との熱伝達効率が向上する。その結果、陰極先端部 2 2で発生した熱を効果的にリード棒 2 4に逃がすことが可能となり、放電管 1 0の温度上昇を効果的に防止することが可能となる。また、本実施形態にかかる放電管 1 0は特に、リ一ド棒 2 4の端面 2 4 aを陰極先端部 2 2の端面 2 2 cよりも大きくすることで、陰極先端部 2 2の放熱効率を向上させている。

また、本実施形態にかかる放電管 1 0においては、陰極先端部 2 2に易電子放射物質を含浸させる前にリード棒 2 4の端面 2 4 aと陰極先端部 2 2の端面 2 2 cとの間隙をモリブデン一ルテニウムろう材 2 6によって塞ぐことで、かかる間隙に易電子放射物質が侵入することが防止される。その結果、易電子放射物質の使用量を減らすことが可能となる。

また、本実施形態にかかる放電管 1 0は、リード棒 2 4の端面 2 4 aと陰極先端部 2 2の端面 2 2 cとの間隙にモリブデン一ルテニウムろう材 2 6を充填することで、ロッド間での放熱効率のばらつきの発生を防止し、均一な性能の放電管を製造することが可能となる。

上記実施形態にかかる放電管 1 0の陰極は、図 5に示すような陰極 3 0であつても良い。すなわち、上記実施形態にかかる陰極 1 4のリード棒 2 4が円柱形状を有していたのに対し、当該陰極 3 0に用いるリード棒 3 2は、陰極先端部 2 2 の端面 2 2 cに対向して、これより大きい端面 3 2 aを有するとともに、後端部は径が小さい棒状になっている。リード棒 3 2をこのような形状としても、陰極先端部 2 2とリード棒 3 2との熱伝達効率を向上させることができ、放電管 1 0 の温度上昇を効果的に防止することが可能となる。

上記実施形態にかかる放電管 1 0の陰極は、図 6に示すような陰極 3 4であつても良い。すなわち陰極 3 4は、上記陰極 1 4と比較して、陰極先端部 2 2の尖頭 2 2 aの先端を露出させるとともに、陰極先端部 2 2の表面を被覆するィリジゥム（高融点金属）からなる金属被膜 3 6をさらに備えている。金属被膜 3 6は、 C V D法、スパッ夕法などで陰極先端部 2 2の表面にイリジウムを 2 0 0 0 A程度堆積させた後、陰極先端部 2 2の尖頭 2 2 aの先端に位置する金属被膜 3 6をサンドぺ一パによる研磨処理、レーザ光によるアブレーシヨン処理等によって除去することで容易に得られる。金属被膜 3 6を備えることで、陰極先端部 2 2の側面からしみ出した易電子放射物質の蒸散をさらに効果的に防止することが可能となる。また、リード棒 2 4に接する程度の広範囲を被覆するように金属被膜 3 6を設けることで、陰極先端部 2 2からリード棒 2 4への熱伝達効率が向上し、放電管 1 0の温度上昇を効果的に防止することができる。上記実施形態にかかる放電管 1 0においては、陰極先端部 2 2は夕リード棒 2 4はモリブデンによって形成されていたが、その他にレニウム、タン夕ル等を用いても良い。また、陰極先端部 2 2を形成する材料とリード棒 2 4を形成する材料とは同じものであっても異なるものであっても良い。

また、上記実施形態にかかる放電管 1 0においては、易電子放射物質としてバリゥムを用いていたが、その他にもカルシウム、，ストロンチウムなどのアル力リ土類金属の単体若しくはこれらの酸化物を用いても良い。また、 2種以上の上記単体あるいは酸化物を混合させたものを易電子放射物質として用いてもよい。また、上記実施形態にかかる放電管 1 0においては、易電子放射物質を含浸によって含有させた含浸型の陰極先端部 2 2を用いていたが、これは、タングステン等の高融点金属の粉末とバリウム等の易電子放射物質の粉末とを同時に焼結させた焼結型の陰極先端部を用いてもよい。

また、上記実施形態にかかる放電管 1 0においては、リード棒 2 4の端面 2 4 aと陰極先端部 2 2の端面 2 2 cとの間隙にモリブデン一ルテニウムろう材 2 6 を充填していたが、これは、リード棒 2 4の端面 2 4 aと陰極先端部 2 2の端面 2 2 cとの間隙を塞いで外部と隔絶すれば良く、必ずしも隙間無く充填されてい本発明の放電管用電極は、基体部の上記端面と本体部の上記端面とを対向させ、この間隙をろう材で塞ぐことで、本体部と基体部との間の熱伝達効率が向上する。その結果、放電管の放熱効率が高くなる。

また、上記間隙をろう材で塞ぐことで、易電子放射物質が外部から当該間隙に進入することが防止されるとともに、本体部から当該間隙に易電子放射物質がしみ出したとしても、かかる易電子放射物質が当該間隙から外部に出ることが防止される。よって、放電管の使用時に、周囲温度が上昇しても、易電子放射物質が蒸発して放電管の壁面に付着することはない。その結果、放電管の出力光量を長期間良好に維持することが可能となり、放電管の寿命を長くすることが可能となる。

また、本発明の放電管用電極においては、ろう材を上記間隙に充填すること、あるいは、基体部の上記端面を本体部の上記端面よりも大きくすることで、本体部と基体部との間の熱伝達効率をさらに向上させることができる。その結果、本体部で発生した熱を効果的に基体部に逃がすことが可能となり、放電管の温度上昇を効果的に防止することが可能となる。

さらに、本発明の放電管用電極においては、ろう材が、上記間隙から本体部の側面に延びて設けられていることで、本体部の側面からしみ出した易電子放射性物質が外部に出ることが防止される。その結果、放電管の寿命をさらに長くすることが可能となる。産業上の利用可能性

本発明は放電管用電極及び放電管に利用できる。

Claims

言青求の範囲

1 . 陰極と陽極とを対向させて放電ガス雰囲気中に封入し、前記陰極と前記陽極との間でアーク放電を行わせる放電管に用いられる放電管用電極において、高融点金属によって形成され、凸部が形成された端面を有する基体部と、高融点金属に電子放射物質を含有させて形成され、一端に尖頭を有するとともに、他端に前記基体部の前記凸部を挿入する挿入穴が形成された端面を有する本体部とを備え、

前記基体部の前記端面と前記本体部の前記端面との間隙をろう材で塞いだことを特徴とする放電管用電極。

2 . 前記ろう材は、前記間隙に充填されていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の放電管用電極。

3 . 前記基体部の前記端面は、前記本体部の前記端面よりも大きいことを特徴とする請求の範囲第第 1項に記載の放電管用電極。

4 . 前記ろう材は、前記間隙から前記本体部の側面に延びて設けられていることを特徴とする請求の範囲第第 1項に記載の放電管用電極。

5 . 前記本体部は、多孔質の高融点金属に電子放射物質を含浸させた含浸型金属からなることを特徴とする請求の範囲第第 1項に記載の放電管用電極。

6 . 前記ろう材は、前記本体部及び前記基体部のいずれの融点よりも低く、かつ、前記本体部に前記電子放射物質を含浸させる含浸温度よりも高い融点を有する材料からなることを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の放電管用電極。

7 . 前記ろう材は、モリブデン一ルテニウムろう材であることを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の放電管用電極。

8 . 前記電子放射物質は、アルカリ土類金属の単体若しくは酸化物を含んで形成されることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の放電管用電極。

9 . 前記本体部の前記尖頭の先端を露出させるとともに、前記本体部の表面を被覆する高融点金属からなる被膜をさらに備えたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の放電管用電極。

1 0 . 陰極と陽極とを対向させて放電ガス雰囲気中に封入し、前記陰極と前記陽極との間でアーク放電を行わせる放電管において、

前記陰極と前記陽極との少なくとも一方は、請求の範囲第 1項に記載された放電管用電極であることを特徴とする放電管。