WO2000070650A1 - Tube a decharge electrique - Google Patents

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WO2000070650A1
WO2000070650A1 PCT/JP2000/003054 JP0003054W WO0070650A1 WO 2000070650 A1 WO2000070650 A1 WO 2000070650A1 JP 0003054 W JP0003054 W JP 0003054W WO 0070650 A1 WO0070650 A1 WO 0070650A1
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electron
discharge tube
tip
cathode
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Inventor
Nobuharu Harada
Syoji Ishihara
Original Assignee
Hamamatsu Photonics K.K.
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/04—Electrodes; Screens; Shields
    • H01J61/06—Main electrodes
    • H01J61/073—Main electrodes for high-pressure discharge lamps
    • H01J61/0735—Main electrodes for high-pressure discharge lamps characterised by the material of the electrode
    • H01J61/0737—Main electrodes for high-pressure discharge lamps characterised by the material of the electrode characterised by the electron emissive material

Definitions

  • the present invention relates to a discharge tube, and more particularly to a discharge tube used as a light source such as a xenon 'short arc lamp and a mercury xenon lamp.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-213952 is a document that describes a technology related to a discharge tube that causes arc discharge between electrodes arranged in a glass bulb.
  • This publication states that the entire surface of the metal substrate is coated with a high melting point metal such as iridium so that the surface of the pointed tip of the metal substrate (emits) containing an electron-emitting substance such as barium is not exposed.
  • a disclosed discharge tube is disclosed.
  • the publication also states that since the entire surface of the emitter is covered with a thin film of a high melting point metal, the arc can be stabilized and the fluctuation of the arc can be reduced.
  • a high melting point metal such as iridium
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a discharge tube in which the operating temperature of a cathode for performing arc discharge is lowered and the life of the discharge tube is prolonged.
  • the present invention provides a method in which a cathode having a cathode tip fixed to a lead rod and an anode facing the cathode tip are enclosed in a discharge gas atmosphere to discharge an arc.
  • the tip of the cathode is an impregnated type in which a porous high-melting metal is impregnated with an electron-emitting material, or a sintered tube in which a high-melting metal contains an electron-emitting material.
  • a metal substrate of a mold type and a coating of a high melting point metal having a thickness of 0.02 m or more and 5 / m or less covering a predetermined portion of the surface of the metal substrate, wherein the metal substrate has a sharp point toward the anode. It has a head, and the tip portion of the tip of the metal base is exposed without being covered with the coating.
  • the metal base at the tip end of the cathode containing or impregnated with the electron-emitting material has a predetermined portion coated with a coating of a high melting point metal having a thickness of 0.02 zm or more and 5 / m or less. It is covered, and in the covered portion, evaporation of the electron-emitting material accompanying the operation of the discharge tube is prevented. On the other hand, since the tip of the point of the metal substrate is exposed without being covered with the coating, electron emission by the electron-emitting material diffused to the tip is promoted.
  • the inventors of the present invention have conducted intensive studies and found that the life of the discharge tube can be prolonged when the thickness of the coating covering the metal substrate is in the range from 0.02 ⁇ m to 5 / m. Was. That is, when the film thickness is smaller than 0.02 im, the effect of the film to prevent evaporation of the electron-emitting substance is reduced. On the other hand, when the film thickness is larger than 5 m, the film becomes metallic. It is easy to peel off from the base, and the life of the discharge tube is shortened.
  • the thickness of the coating be in the range of 0.2 zm or more and 3 ⁇ m or less. In this case, the effect of preventing evaporation of the electron-emitting substance is further enhanced, and the possibility that the coating film is peeled off from the metal substrate can be almost eliminated.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a discharge tube (xenon short arc lamp) of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view in which the cathode tip of the cathode is partially broken.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the operation time and the relative output of the discharge tube according to the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the operation time of the discharge tube and the relative output of the lamp when the thickness of the metal film covering the metal substrate is changed.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a xenon's short clamp (discharge tube) 10 of the present embodiment.
  • a hollow gas filling portion 11 is formed in the middle of the quartz glass valve 1 constituting the container of the short arc lamp 10, and a discharge gas such as xenon is filled inside the hollow gas filling portion 11.
  • Cathode 2 and anode 3 are arranged inside gas-filled part 1 1 facing each other, and external terminals 4 and 5, which are electrically connected to cathode 2 and cathode 3, respectively, are attached to both ends of glass bulb 1. Have been.
  • the cathode 2 has a lead rod 21 made of molybdenum having a base fixed to the glass bulb 1, and a cathode tip 22 having a base fixed to the tip of the lead rod 21.
  • FIG. 2 is a side view in which a cathode tip 22 of the cathode 2 is partially broken.
  • the cathode tip 2 2 has a metal base 2 2 1 having a conical tip 2 2 1a that is pointed toward the anode 3, and a tip 2 2 1a of the tip 2 2 1a of the metal base 2 2 1.
  • a metal coating 222 covering a portion excluding 1 t, that is, a slope of the point 22 1 a and a columnar portion on the base side of the cathode tip 22.
  • the metal substrate 222 is formed by impregnating porous tungsten (high-melting point metal) with barium (electron-emitting substance). It is formed from iridium (a refractory metal) deposited by the VD method. Further, such a cathode tip 22 is fixed to the lead rod 21 by a braze 24.
  • the metal film 222 has a thickness of not less than 0.02 / 111 and not more than 0.5 / m, and can be formed by a sputtering method or the like in addition to the CVD method.
  • the tip 22 of the cathode is more likely to become hot during operation of the short-circuit clamp 10 as it is closer to the tip 2 21 t of the point 2 21 a, and the electron is easier to be closer to the tip 22 1 t. It plays an important role in diffusing radioactive materials. Therefore, although the metal coating 222 is an essential element in the pointed portion 221a, even if the metal base 221 is exposed on the cylindrical base side surface, there is no significant problem.
  • the metal substrate 22 1 is preferably exposed without the presence of the iridium as the metal film 222 as described above. I have.
  • the iridium at the tip end portion 221 t may be removed by rubbing with a sand vapor.
  • the so-called abrasion may be used to remove the iris at the leading end 221t.
  • the metal base 221 containing the electron-emitting material may be exposed at the tip 221 t by masking the tip 221 t and applying the iridium.
  • the iridium at the tip portion 221 t can be selectively removed to expose the metal base 221.
  • the preliminary discharge can be performed by supplying DC or AC power, but may be performed as part of so-called aging.
  • the metal substrate 221 is exposed to the discharge gas atmosphere without the presence of the iridium, but it is effective even if it is not completely exposed. If it is exposed in a conceptual sense, it will generally exhibit the excellent effects of this embodiment Can be.
  • substantially exposed refers to a state in which the electron-emitting substance diffused inside the metal substrate 222 is exposed to the discharge gas when reaching the tip 221 t. Say that. That is, firstly, it must be in such a state that the electron-emissive substance can be sufficiently diffused to the surface of the tip portion 221 t of the metal substrate 221 during operation. The material state is such that the electron emitting material can be brought into contact with the discharge gas several times or several tens times as much as the metal film 222 formed on the conical slope.
  • an electron-emitting substance such as a balm can easily be formed at the tip. It is supplied to the exposed surface of the metal substrate 222 and facilitates electron emission into the discharge gas. At this time, since the metal substrate 221 on the conical slope of the peak 221a is covered with the metal (iridium) film 222, the evaporation of the electron-emitting material is suppressed.
  • the metal film 222 When the metal film 222 is viewed microscopically, it is formed by a large number of fine iridium lump having a particle size of several tens to several hundreds of angstrom units, which are randomly stacked. Assuming that the thickness of the pile of piles at 1 t is a fraction to several tenths of that of the conical slope of the peak 2 21 a, the relative relationship between the conical slope and the tip 2 2 1 t In the above, it can be said that the metal base 221 is substantially exposed at the tip end 221 t. Further, the size and deposition density of the iridium mass may be varied.
  • the emissive substance contained in the metal substrate 221 can be prevented from evaporating on the conical slope, and Electrons can be easily supplied into the discharge gas through the electron-emitting substance diffused to the tip portion 221 t.
  • the refractory metal forming the metal substrate 221 must be a metal that does not deteriorate or deform at high temperatures during operation, and is not impregnated with an electron-emitting material or sintered. It is a metal that can be included. As such a metal, tan Molybdenum, tantalum, and niobium can be used in addition to gustene, but stainless steel is the most suitable metal for impregnation and sintering.
  • the metal substrate 222 As the electron-emitting material contained or impregnated in the metal substrate 222, it is necessary that the metal has a low work function and easily emits electrons, and it is preferable that the material does not easily evaporate at high temperatures. .
  • an alkaline earth metal such as calcium or stotium, lanthanum, yttrium, cerium, or the like may be used. Further, two or more kinds of metals may be mixed, or an oxide may be used.
  • the metal constituting the metal film 222 be a refractory metal that can withstand the high temperature during operation of the short arc lamp 10 and a metal that reduces the work function is easy.
  • Iridium is most preferred as such a metal, but may be rhenium, osmium, ruthenium, tungsten, hafnium, or tantalum. Further, a film obtained by mixing or laminating two or more kinds of metals may be used.
  • a porous metal substrate made of tungsten and having a diameter of 2.5 mm is impregnated with barium oxide by a known method, and then the surface of the peak 221, except for the tip 2221t of the tip 21a, and A film 222 of iridium was deposited at a thickness of 2 / m on the surface of the cylindrical portion by a CVD method to form a cathode tip 22.
  • the cathode tip 22 is fixed to the lead rod 21 by brazing to form the cathode 2
  • the cathode 2 is assembled with the anode 3 to the glass bulb 1, and the discharge gas is discharged into the glass bulb 1. It was sealed to complete a 500 W short arc lamp 10.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the lamp operating time after 24 hours of aging and the relative output of the lamp.
  • data on a conventional lamp that does not cover a metal substrate is indicated by a white star, and the short arc of the present embodiment is shown.
  • the night for lamp 10 is indicated by a black square.
  • the lamp output was about 60% of the initial output when operated for 100 hours in the past, but according to the short arc lamp 10 of the present embodiment, it was 200%. It can be seen that the output of about 80% can be maintained over time.
  • the short arc lamp 10 of the present embodiment can maintain its performance for a long period of time because, first, the portion covered with the metal film 222, that is, the tip 2 This is because in portions other than 21 t, the metal coating 222 prevents evaporation of the electron-emitting material. Second, at the tip 2 2 1 t of the peak 2 2 a exposed without being covered by the metal coating 2 2, electron emission by the electron-emitting material is promoted, and the efficiency of electrons at relatively low temperatures is increased. This is because they can be released well. As a result, the discharge is stabilized, and the evaporation of the electron-emitting material is suppressed, thereby extending the life. Further, the problem of the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-213592 that the high temperature operation must be performed because the tip of the metal base is covered is solved.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-92201 discloses an arc using a cathode in which a porous metal body containing an electron-emitting material is fitted around a porous center electrode containing no electron-emitting material.
  • a lamp is disclosed.
  • the porous metal at the point of the point of the tip is altered due to melting, softening, or the like, which may be a factor that prevents the easy emission of the electron-emitting substance during normal operation.
  • the metal coating 22 is formed such that the tip end 22 1 t of the metal base 22 1 containing the electron-emitting substance is exposed. 2 is covered, so the tip is kept at a relatively low temperature of more than 100 degrees. Electron emission starts from 22 It barium and the operating temperature is kept low. In addition, since it is not necessary to form two porous metals separately and then fit them together, manufacturing is easy.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the operating time of the lamp (200 W) after 24 hours of aging and the relative output of the lamp.
  • the results of a conventional short arc lamp in which a metal substrate is not coated with a metal film are shown by white stars.
  • the data relating to the short clamp of the present embodiment in which the thickness of the metal coating 222 is changed to 0.02 m, 0.2 m, 2 m, 3 im, 4 zm, and 5 m. are indicated by white circles, black circles, black squares, black triangles, white squares, and white triangles.
  • the present inventors have conducted experiments to prevent the evaporation of the electron-emitting substance due to the metal film 222 when the thickness of the metal film 222 is set to a range of 0.2 zm or more and 3 ⁇ or less. It has been found that the effect is further enhanced, and that the metal film 222 is hardly peeled off from the metal substrate 222.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the method of fixing the cathode and the lead bar is not limited to brazing, and various other methods can be adopted.
  • a predetermined portion of the metal base at the tip of the cathode containing or impregnated with the electron-emitting material is coated with a coating of a high melting point metal.
  • the covered portion evaporation of the electron-emitting material accompanying the operation of the discharge tube is prevented.
  • the tip portion of the peak of the metal base is exposed without being covered with the coating, electron emission by the electron-emitting material diffused to the tip portion is promoted.

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Description

明糸田: 技術分野
本発明は放電管に関し、 より詳細にはキセノン 'ショートアークランプ、水銀 キセノンランプなどの光源として用いられる放電管に関するものである。 背景技術
ガラスバルブ内に配置された電極間でアーク放電を行わせる放電管に関する技 術を掲載した文献として、 たとえば、 特閧平 1—2 1 3 9 5 2号公報がある。 こ の公報には、 バリウムなどの易電子放射物質を含有する金属基体 （ェミツ夕部） の尖頭状先端部の表面が露出しないように、 金属基体の全面をィリジゥムなどの 高融点金属で被覆した放電管が開示されている。 そして、 当該公報には、 ェミツ 夕部の全面を高融点金属の薄膜で被覆したので、 アークを安定させてアークの摇 らぎを低くできる旨が記載されている。 発明の閧示
しかし、上記公報に掲載された技術には、次のような問題があった。すなわち、 バリウムを含む金属基体の表面全体をィリジゥムで被覆すると、 バリウムが低い 動作温度では易電子放射物質として働けなくなる。 このため、 放電管の動作温度 を高くせざるを得ず、 結果として、 電極材料の蒸散量が増加して放電管の寿命が 短くなつてしまう。
本発明は、 かかる事情に鑑みてなされたものであり、 アーク放電を行わせるた めの陰極の動作温度を低くし、 長寿命化を可能とした放電管を提供することを目 的とする。
上記課題を解決するために、 本発明は、 陰極先端部をリード棒に固定してなる 陰極と、 陰極先端部に対向する陽極とを、 放電ガス雰囲気中に封入してアーク放 電を行わせる放電管であって、 陰極先端部は、 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または高融点金属に易電子放射物質を含有させて焼結し た焼結型の金属基体と、 金属基体の表面の所定部分を被覆する厚さ 0. 02 m 以上 5 /m以下の高融点金属の被膜と、 を備え、 金属基体は、 陽極に向かって尖 つた尖頭を有し、 金属基体の尖頭の先端部分は、 被膜に覆われることなく露出し ていることを特徴とする。
本発明に係る放電管によれば、 易電子放射物質を含有または含浸させた陰極先 端部の金属基体は、 所定部分を厚さ 0. 02 zm以上 5 /m以下の高融点金属の 被膜で被覆されており、 当該被覆部分では放電管の動作に伴う易電子放射物質の 蒸散が防止される。 一方、 金属基体の尖頭の先端部分は被膜に覆われることなく 露出しているため、 当該先端部分へ拡散された易電子放射物質による電子放出が 促進される。 このため、 比較的低温で電子を効率良く放出させることができるの で放電が安定し、 しかも易電子放射物質の蒸散も抑制されて長寿命化が可能とな る。 また、 本発明者らの鋭意研究により、 金属基体を覆う被膜の厚さを 0. 02 〃m以上 5 /m以下の範囲にした場合に、 放電管の長寿命化を図れることが見出 された。 すなわち、 0. 02 imよりも膜厚を薄くした場合は、 被膜による易電 子放射物質の蒸散を防止する効果が低減し、 一方、 5 mよりも膜厚を厚くした 場合は、被膜が金属基体から剥がれ易くなり、放電管の寿命が短くなつてしまう。 また、 被膜の厚さを 0. 2 zm以上 3^m以下の範囲にすることが望ましい。 この場合、 易電子放射物質の蒸散を防止する効果が一層高まると共に、 被膜が金 属基体から剥がれる可能性を殆ど無くすことができる。
本発明は以下の詳細な説明および添付図面によりさらに十分に理解可能となる。 これらは単に例示のために示されるものであって、 本発明を限定するものと考え るべきではない。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明の放電管 （キセノンショートアークランプ） の構成を示す断面 図である。
図 2は、 陰極の陰極先端部を一部破断した側面図である。
図 3は、 本発明に係る放電管の動作時間と相対出力との関係を示すグラフであ る。
図 4は、 金属基体を覆う金属被膜の厚さを変えた場合の放電管の動作時間とラ ンプの相対出力との関係を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
以下、 添付図面を参照して、 本発明に係る放電管の好適な実施形態について詳 細に説明する。 尚、 同一要素には同一符号を用いるものとし、 重複する記載は省 略する。
図 1は、 本実施形態のキセノン 'ショートァ一クランプ （放電管） 1 0の構成 を示す縦断面図である。 ショートアークランプ 1 0の容器を構成する石英製のガ ラスバルブ 1の中間部には、 中空のガス封入部 1 1が形成されており、 この内部 には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 1の内部には陰極 2と陽極 3とが対向配置されており、 ガラスバルブ 1の両端には陰極 2および陽 極 3と各々電気的に接続された外部端子 4 , 5が取り付けられている。 また、 陰 極 2は、 ガラスバルブ 1に基部が固定されたモリブデン製のリード棒 2 1と、 当 該リード棒 2 1の先端に基部が固定された陰極先端部 2 2と、 を有している。 図 2は、 陰極 2の陰極先端部 2 2を一部破断した側面図である。 陰極先端部 2 2は、陽極 3に向かって尖った円錐状の尖頭 2 2 1 aを有する金属基体 2 2 1と、 当該金属基体 2 2 1の尖頭 2 2 1 aの先端部 2 2 1 tを除く部分すなわち尖頭 2 2 1 aの斜面および陰極先端部 2 2の基部側の円柱状の部分を覆う金属被膜 2 2 2と、 から構成されている。 金属基体 2 2 1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、 金属被膜 2 2 2は C V D法で堆積されたイリジウム （高融点金属） から形成されている。 また、 この ような陰極先端部 2 2は、 ロウ 2 4によってリード棒 2 1に固定されている。 金属被膜 2 2 2は 0 . 0 2 / 111以上0 . 5 /m以下の厚さであり、 C V D法の ほかにスパッ夕法などでも形成することができる。 陰極先端部 2 2は、 尖頭 2 2 1 aの先端部 2 2 1 tに近いほどショートァ一クランプ 1 0の動作時に高温にな り易く、 かつ、 先端部 2 2 1 tに近いほど易電子放射物質を拡散させる上で重要 な役割を果たしている。 したがって、 金属被膜 2 2 2は尖頭 2 2 1 aにおいて必 須の要素であるが、 円柱状の基部側面では金属基体 2 2 1を露出させていても著 しい支障はない。
陰極先端部 2 2の尖頭 2 2 1 aの先端部 2 2 1 tでは、 上述のように好適には 金属皮膜 2 2 2としてのィリジゥムが存在することなく金属基体 2 2 1が露出し ている。 このような構成は、 例えば全面にイリジウムを被着した後、 サンドべ一 パーで擦ることにより先端部 2 2 1 tのィリジゥムを除去すればよい。あるいは、 パルスレーザ一光を照射することにより、 いわゆるアブレ一シヨンで先端部 2 2 1 tのィリジゥムを除去してもよい。 また、 先端部 2 2 1 tをマスキングしてィ リジゥムを被着することにより、 易電子放射物質を含んだ金属基体 2 2 1を先端 部 2 2 1 tで露出させてもよい。
さらに、 金属被膜 2 2 2の厚さや被着条件を調整して先端部 2 2 1 tの金属被 膜 2 2 2を他の部分よりも物理的に 「弱く」 しておき、 放電管として組み付けた 後に軽く予備放電することで、 先端部 2 2 1 tのイリジウムを選択的に除去して 金属基体 2 2 1を露出させることもできる。 なお、 この予備放電は直流あるいは 交流の電力を供給することで実施できるが、 いわゆるエージングの一環として実 施してもよい。
尖頭 2 2 1 aの先端部 2 2 1 tでは、 好適にはィリジゥムが存在することなく 金属基体 2 2 1が放電ガス雰囲気中に露出しているが、 完全に露出していなくて も実質的な意味で露出していれば、 本実施形態の優れた効果を概ね発揮すること ができる。 ここで 「実質的な意味で露出」 とは、 金属基体 2 2 1の内部を拡散し てきた易電子放射物質が、 先端部 2 2 1 tに到達したときに放電ガスに晒される 状態にあることを言う。 すなわち、 第一に、 動作時に易電子放射物質が金属基体 2 2 1の先端部 2 2 1 t表面に十分に拡散できるような物質状態にあること、 第 二に、 尖頭 2 2 1 aの円錐斜面に形成された金属被膜 2 2 2に比べて、 数倍ない し数十倍の程度で易電子放射物質を放電ガスに接触させることが可能な物質状態 になっていること、 である。
これをミクロな観点で説明すると、 例えば先端部 2 2 1 tにおいて、 微細なィ リジゥム塊がアイランド状に離散分布していても、 バリゥムのような易電子放射 物質は容易に尖頭先端部の金属基体 2 2 1の露出表面に供給され、 放電ガス中へ の電子放出を容易にする。 この時、 尖頭 2 2 1 aの円錐斜面における金属基体 2 2 1は、 金属 （ィリジゥム） 被膜 2 2 2で覆われているので、 易電子放射物質の 蒸散は抑制される。
また、 金属被膜 2 2 2をミクロに見れば、 これは粒径が数十ないし数百オング ストローム単位の微細なイリジウム塊が多数、 無秩序に積み重なることにより成 膜されているが、 先端部 2 2 1 tにおけるィリジゥム塊の堆積の厚さを尖頭 2 2 1 aの円錐斜面と比べて数分の一ないし数十分の一とすれば、 円錐斜面と先端部 2 2 1 tとの相対関係において、 先端部 2 2 1 tでは金属基体 2 2 1が実質的に 露出している状態にある、 と言える。 さらに、 イリジウム塊の大きさや堆積密度 を異ならせても良い。 例えば、 先端部 2 2 1 tで塊径を大きく、 円錐斜面で塊径 を小さくすれば、 金属基体 2 2 1に含まれる易電子放射物質が円錐斜面で蒸散す るのを防止でき、 かつ、 先端部 2 2 1 tに拡散した易電子放射物質を介して電子 を放電ガス中に容易に供給することができる。
ここで、 金属基体 2 2 1を形成する高融点金属としては、 動作時の高温で変質 ·変形することのない金属であることが必要で、 かつ、 易電子放射物質を含浸な いし焼結により含ませることが可能な金属である。 このような金属として、 タン グステンの他にモリブデン、 タンタル、 ニオブを用いることができるが、 夕ング ステンは含浸型および焼結型のレ、ずれにおいても最も好適な金属である。
また、 金属基体 2 2 1に含有または含浸される易電子放射物質としては、 仕事 関数が低くて電子の放出が容易な金属であることが必要で、 高温下で蒸散しにく いことが望ましい。 このような材料として、 バリウムの他にカルシウム、 スト口 ンチウムなどのアルカリ土類金属や、 ランタン、 イットリウム、 セリウムなどを 用いても良い。また、二種類以上の金属を混合しても良く、酸化物としても良い。 さらに、 金属被膜 2 2 2を構成する金属としては、 ショートアークランプ 1 0 の動作時の高温に耐えられる高融点金属であることが重要であり、 かつ、 仕事関 数を下げる金属であれば易電子放射物質による電子放出をさらに促進する。 この ような金属として、 イリジウムが最も好適であるが、 レニウム、 オスミウム、 ル テニゥム、 タングステン、 ハフニウム、 タンタルでもよい。 また、 二種類以上の 金属を混合し、 あるいは積層した被膜としても良い。
次に、本実施形態に係るショートアークランプの格別の作用'効果を説明する。 まず、 本実施形態のショートァ一クランプ 1 0の製造過程を説明する。 まず、 タングステンからなる直径 2 . 5 mmの多孔質の金属基体にバリウムの酸化物を 公知の方法で含浸させ、 次いで、 尖頭 2 2 1 aの先端部 2 2 1 tを除く表面およ び円柱部の表面にィリジゥムの被膜 2 2 2を C V D法で 2 / m堆積させ、 陰極先 端部 2 2を形成した。 そして、 この陰極先端部 2 2をロウ付けにてリード棒 2 1 に固定して陰極 2を形成し、 当該陰極 2を陽極 3と共にガラスバルブ 1に組み付 け、 ガラスバルブ 1内に放電ガスを封入して 5 0 0 Wのショートアークランプ 1 0を完成させた。
次に、 図 3のグラフを用いて、 ショートアークランプ 1 0の特性を説明する。 図 3は、 エージングを 2 4時間行ってからのランプの動作時間とランプの相対出 力との関係を示すグラフである。 このグラフにおいて、 従来の金属基体を被覆し ないタイプのランプに関するデータを白星で示し、 本実施形態のショートアーク ランプ 1 0に関するデ一夕を黒四角で示す。 このグラフより、 従来は 1 0 0 0時 間動作させるとランプの出力が初期出力に対して約 6 0 %になったが、 本実施形 態のショートアークランプ 1 0によれば 2 0 0 0時間経過させても約 8 0 %の出 力を維持できることが分かる。
このように、 本実施形態のショートアークランプ 1 0が長期に渡ってその性能 を維持できるのは、 第一に、 金属被膜 2 2 2で覆われた部分すなわち金属基体 2 2 1の先端部 2 2 1 t以外の部分では、 当該金属被膜 2 2 2によって易電子放射 物質の蒸散が防止されているためである。 第二に、 金属被膜 2 2 2に覆われるこ となく露出した尖頭 2 2 1 aの先端部 2 2 1 tでは、 易電子放射物質による電子 放出が促進され、 比較的低温で電子を効率良く放出させることができるためであ る。 これにより、 放電が安定し、 しかも易電子易電子放射物質の蒸散も抑制され て長寿命化が実現されている。 また、 金属基体の先端部が被覆されているため高 温動作をせざるを得ないという上記特開平 1一 2 1 3 9 5 2号公報の問題が解消 される。
なお、 特開平 9— 9 2 2 0 1号公報には、 易電子放射物質を含まない多孔質の 中心電極の周囲に易電子放射物質を含む多孔質金属体を嵌め合わせた陰極を用い たアークランプが開示されている。 しかし、 このタイプのアークランプでは、 ェ 一ジングの際に易電子放射物質が中心電極の先端まで拡散するのに時間がかかり、 特に尖頭先端部の温度が著しく高くなる。 このため、 尖頭先端部の多孔質金属が 溶融 ·軟化などにより変質し、 これが通常の動作時に易電子放射物質が好適に拡 散するのを妨げる原因となりうる。 また、 周囲の金属体から中心電極に易電子放 射物質がスムースに拡散するように、 二個の多孔質金属を別々に成形して嵌め合 わせるのは容易でない。
これに対し、 本実施形態のショートアークランプ 1 0によれば、 上述のように 易電子放射物質を含有する金属基体 2 2 1の先端部 2 2 1 tが露出するように金 属被膜 2 2 2が被覆されているため、 1 0 0 0度強の比較的低温の状態で先端部 2 2 I tのバリウムから電子放出が始まり、 動作温度は低く維持される。 また、 二個の多孔質金属を別々に形成した後に嵌合させる必要もないため、 製造も容易 である。
次に、 図 4を用いて、 金属基体 2 2 1を覆う金属被膜 2 2 2の厚さとランプの 相対出力との関係を説明する。 図 4は、 エージングを 2 4時間行ってからのラン プ （2 0 0 W) の動作時間とランプの相対出力との関係を示すグラフである。 このグラフにおいて、 従来の金属基体を金属被膜で被覆しないショートアーク ランプに関するデ一夕を白星で示す。 また、 金属被膜 2 2 2の厚さを 0 . 0 2 m、 0 . 2〃m、 2〃m、 3 i m、 4 zm、 5〃mと変更した本実施形態のショ —トァ一クランプに関するデータをそれそれ白丸、 黒丸、 黒四角、 黒三角、 白四 角、 白三角で示す。 このグラフより、 従来型のランプでは動作時間の経過に伴つ て相対出力が低下するが、 本実施形態のように金属基体 2 2 1の先端部 2 2 1 t を除く部分を金属被膜 2 2 2で被覆したランプでは、 相対出力は殆ど低下しない ことが分かる。
また、 本発明者らの鋭意研究により、 金属被膜 2 2 2を 0 . 0 2 /mよりも薄 くした場合は、 金属被膜 2 2 2による易電子放射物質の蒸散を防止する効果が低 減し、 一方、 金属被膜 2 2 2を 5 zmよりも厚くした場合は、 金属被膜 2 2 2が 金属基体 2 2 1から剥がれ易くなりランプの寿命が短くなることが分かった。 さ らに、 本発明者らは実験により、 金属被膜 2 2 2の厚さを 0 . 2 zm以上 3 ζιη 以下の範囲にすれば、 金属被膜 2 2 2による易電子放射物質の蒸散を防止する効 果が一層高まると共に、 金属被膜 2 2 2が金属基体 2 2 1から殆ど剥がれなくな ることを見出した。
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、 本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 例えば、 陰極とリード棒の固 定方法は、 ロウ付けに限られず、 この他種々の方法を採用することができる。 産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明に係る放電管によれば、 易電子放射物質を含有ま たは含浸させた陰極先端部の金属基体は、 所定部分を高融点金属の被膜で被覆さ れており、 当該被覆部分では放電管の動作に伴う易電子放射物質の蒸散が防止さ れる。 一方、 金属基体の尖頭の先端部分は被膜に覆われることなく露出している ため、 当該先端部分へ拡散された易電子放射物質による電子放出が促進される。 このため、 比較的低温で電子を効率良く放出させることができるので放電が安定 し、 しかも易電子易電子放射物質の蒸散も抑制されて長寿命化が可能となる。 ま た、 金属基体を覆う被膜の厚さを 0 . 0 2 zm以上 5 z m以下の範囲にすること で、 被膜による易電子放射物質の蒸散を効果的に防止できると共に、 被膜を金属 基体から剥がれ難くすることができ、放電管の長寿命化を実現することができる。 以上の本発明の説明から、 本発明を様々に変形しうることは明らかである。 そ のような変形は、 本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはで きず、 すべての当業者にとって自明である改良は、 以下の請求の範囲に含まれる ものである。

Claims

言青求の範囲
1 . 陰極先端部をリード棒に固定してなる陰極と、 前記陰極先端部に対向す る陽極とを、放電ガス雰囲気中に封入してアーク放電を行わせる放電管であって、 前記陰極先端部は、
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または高融点金属に 易電子放射物質を含有させて焼結した焼結型の金属基体と、
前記金属基体の表面の所定部分を被覆する厚さ 0 . 0 2 z m以上 5 m以下の 高融点金属の被膜と、 を備え、
前記金属基体は、 前記陽極に向かって尖った尖頭を有し、
前記金属基体の前記尖頭の先端部分は、 前記被膜に覆われることなく露出して いることを特徴とする放電管。
2 . 前記被膜は、 厚さが 0 . 2 z m以上 3 m以下であることを特徴とする 請求項 1記載の放電管。
3 . 前記金属基体を形成する高融点金属は、 タングステン、 モリブデン、 夕 ン夕ルぉよびニオブのうちの少なくともいずれかである請求項 1または 2に記載 の放電管。
4 . 前記金属基体に含有または含浸される前記易電子放射物質は リウム、 カルシウム、 ストロンチウム、 ランタン、 イットリウムおよびセリウムのうちの 少なくともいずれかである請求項 1〜 3のいずれかに記載の放電管。
5 . 前記被膜を構成する高融点金属は、イリジウム、 レニウム、オスミウム、 ルテニウム、 タングステン、 ハフニウムおよびタンタルのうちの少なくともいず れかである請求項 1〜4のいずれかに記載の放電管。
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