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技術 放電ランプ用陰極

出願人 河北ライティングソリューションズ株式会社
発明者 布谷裕萩田和明横江真徳吉良健裕
出願日 2013年9月12日 (6年9ヶ月経過) 出願番号 2013-189841
公開日 2015年3月23日 (5年3ヶ月経過) 公開番号 2015-056322
状態 特許登録済
技術分野 放電灯(電極、封入物、うつわ内の圧力)
主要キーワード 露出寸法 先端部半径 プレス成型加工 先端部温度 焼結加工 高融点金属製 寿命短縮 多孔質部分
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年3月23日)のものです。
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図面 (5)

課題

易電子放射物質含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体からなる放電ランプ用陰極において、陰極からの安定した電子放出を実現し、長寿命高安定放電を維持すると伴に、高輝度の放電ランプ用陰極を提供する。

解決手段

一端に尖頭を有する電子放出部焼結体と高融点金属製母材とからなる放電ランプ用陰極。前記電子放出部焼結体は、高融点金属に易電子放射物質を含浸させた多孔質の含浸型電極で、前記一端に対向する他端が、前記高融点金属製母材の先端部に埋設あるいは溶接されている。前記尖頭の先端が円錐立体角近似する先端立体角を有する。前記尖頭の先端より1mmの範囲における表面は前記多孔質が露出し、それ以外の表面は前記多孔質が塞がれている。

概要

背景

ファイバー用光源や、計測機器などの用途に用いられる光源等として従来から放電ランプを利用することが知られている(例えば、特許文献1)。

図1はこのような放電ランプ用陰極配備されている放電ランプの一例を説明する断面図である。

石英ガラスからなるガラスバルブ1内にキセノンクリプトンあるいはアルゴンなどの希ガスや水銀などのランプ封入物封入されている。ガラスバルブ1内のガス封入部には放電ランプ用陰極2(以下、単に「陰極2」と表すことがある)と、陽極3とが対向して設置される。陰極2と陽極3とは、それぞれガラスバルブ1の両端部(図1(a)中、上下両端部)側に配備される外部端子(不図示)に、モリブデン箔4、リードなどを介して電気的に接続される。図1では口金5、ナット6も図示している。

ガラスバルブ1の両端部(図1中、上下両端部)に配備される口金5から陰極2と陽極3との間に電圧印加されると陰極2と陽極3との間にアーク放電が発生し光が発せられる。

図1(b)は、この放電ランプ用陰極2の拡大図で、易電子放射物質含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体7(陰極先端チップ)を、高融点金属製母材である高融点金属棒8の先端に取り付けた構造を示すものである。

前記の易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体7は、高融点金属に易電子放射物質を含浸させて形成した多孔質のものである。高融点金属としては、例えば、タングステンが用いられ、易電子放射物質としては、例えば、アルカリ土類金属等が用いられる。あるいは、前記の易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である多孔質の電子放出部焼結体7は、前記高融点金属の粉末と、前記易電子放射物質の粉末とをプレス成型加工し、真空中または水素雰囲気中で焼成して作製されることもある。

前記の易電子放射物質としてはBaO、CaO、Al2O3を混合したもの等が知られている。易電子放射物質(例えば、アルカリ土類金属等)としてバリウムを用い、これをタングステンのような高融点金属に含浸させた多孔質の電子放出部焼結体からなるバリウム含浸型電極が従来から放電ランプの陰極として知られている。

前述した構造からなる放電ランプ用陰極は、易電子放射物質を含浸させて放電部分を構成しているため、陰極材料から容易に電子熱電子放射される。そこで、電極温度が上がらないので電極材料のタングステンが蒸発しにくく、放電ランプの壁面への付着が起こりにくい。このため、放電ランプの出力光量の低下、放電ランプの寿命短縮を防ぎ長寿命ランプとなる。

このような優れた利点を有する前述した構造からなる放電ランプ用陰極に関しては、従来から種々の提案が行われている。

例えば、放電ランプの電極摩耗を小さくし、放電を安定させ、輝度を上げる、等々の方法として従来から種々の提案が行われている。特許文献2、3では電極の先端部の立体角を調整する考え方、特許文献4では電極の体積を調整する考え方、特許文献5では、陰極先端部の面積を調整する考え方が提案されている。この他に、封入ガス圧を調整する方法も提案されている。

特許文献6には、多孔質の高融点金属に含浸させた電子放出部焼結体からなるバリウム含浸型電極が提案されているが、特許文献6記載の提案では、放電が大きな面積で生じ、先端部全体の温度が一様に分布し、易電子放射物質も一様に分布しているために、放電輝点が大きくなり、輝度が低下するおそれがある。

特許文献7では放電輝度を上げる提案がなされている。

特許文献8および特許文献9では易電子放射物質の蒸発を抑制して長寿命を達成させる提案がなされている。

易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体からなる放電ランプ用陰極では、従来から、電子放出部焼結体7の尖頭9(図1(b))の先端角度12(図1(c))を規定することによって、放電部分の温度を最適に制御し、電子放電部分の平均温度の低下を防ぎ、放電部分を広げて、発光部分を大きくし、輝度の低下を防ぐことが試みわれている。

すなわち、含侵型陰極の場合、易電子放射物質(例えば、バリウム)が電子放出部焼結体7に含浸されているので電子放電部分の平均温度が下がり、かつ放電部分が広くなり、発光部分も大きくなる。このため輝度が低下することがある。

これに対して、電子放出部焼結体7の尖頭9(図1(b))の先端角度12(図1(c))を規定することによって輝度の低下を防ぐものである。

しかし、放電部分の温度をあげる目的で先端角度12を小さくすると高融点金属が蒸発してこの蒸発物がガラスバルブ1の内面蒸着して光量が低下して短寿命になる。その一方、先端角度12を大きくすると放電部分の温度が下がり、放電が不安定になり、さらに輝度が低下して光出力が低下する問題が発生する。

このように、含浸型陰極において、電子放出部焼結体7の尖頭9の先端角度12を調整することによって、長寿命、高安定の放電を維持することは、非常に重要なことであるが、困難なことでもあった。

電子放出部焼結体7の尖頭9(図1(b))の先端角度12(図1(c))を規定する場合、陰極表面斜面部分11(図1(C)))にも易電子放射物質が含侵しているため容易にこの斜面からも放電が開始される。このため、放電部分を広げて、発光部分を大きくし、輝度の低下を防ぐ上では有利になる。

ところで、放電ランプ用陰極が配備されている放電ランプには、対流による放電アークの持ち上がり強制させ、陰極先端と陽極先端の中央に放電アークを維持させる目的で磁石が配備されている。

ランプの点灯時、例えば、水平点灯される場合などの点灯初期で、ランプ封入物である水銀が完全蒸発していない不安定状態時に、放電アークが陰極表面斜面部分から放電すると、放電アーク13が磁石の磁力により更に大きく曲がってしまうことがある(図4)。

このようになるとランプ封入物が未蒸発状態で電圧が規定値に達していなくとも放電路が長いため規定電圧よりも高くなる。このため、異常検知され、装置の方で強制的に回路遮断され、放電が遮断されて不点灯になることがある。

概要

易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体からなる放電ランプ用陰極において、陰極からの安定した電子放出を実現し、長寿命で高安定な放電を維持すると伴に、高輝度の放電ランプ用陰極を提供する。一端に尖頭を有する電子放出部焼結体と高融点金属製母材とからなる放電ランプ用陰極。前記電子放出部焼結体は、高融点金属に易電子放射物質を含浸させた多孔質の含浸型電極で、前記一端に対向する他端が、前記高融点金属製母材の先端部に埋設あるいは溶接されている。前記尖頭の先端が円錐立体角に近似する先端立体角を有する。前記尖頭の先端より1mmの範囲における表面は前記多孔質が露出し、それ以外の表面は前記多孔質が塞がれている。

目的

本発明は、易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体からなる放電ランプ用陰極において、陰極からの安定した電子放出を実現し、長寿命で高安定な放電を維持すると伴に、高輝度の放電ランプ用陰極を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

一端に尖頭を有する電子放出部焼結体高融点金属製母材とからなる放電ランプ用陰極であって、前記電子放出部焼結体は、高融点金属易電子放射物質含浸させた多孔質含浸型電極で、前記一端に対向する他端が、前記高融点金属製母材の先端部に埋設あるいは溶接され、前記尖頭の先端が円錐立体角近似する先端立体角を有し、前記尖頭の先端より1mmの範囲における表面は前記多孔質が露出し、それ以外の表面は前記多孔質が塞がれていることを特徴とする放電ランプ陰極

請求項2

前記尖頭の先端部形状が半円状であり、かつこの半円寸法半径が0.05mm〜0.5mmであることを特徴とする請求項1記載の放電ランプ陰極。

請求項3

前記尖頭の先端が有する先端立体角が円錐立体角であることを特徴とする請求項1記載の放電ランプ用陰極。

技術分野

0001

この発明は、ファイバー用光源や、計測機器などの用途に用いられる光源等に利用される放電ランプ陰極に関する。

背景技術

0002

ファイバー用光源や、計測機器などの用途に用いられる光源等として従来から放電ランプを利用することが知られている(例えば、特許文献1)。

0003

図1はこのような放電ランプ用陰極配備されている放電ランプの一例を説明する断面図である。

0004

石英ガラスからなるガラスバルブ1内にキセノンクリプトンあるいはアルゴンなどの希ガスや水銀などのランプ封入物封入されている。ガラスバルブ1内のガス封入部には放電ランプ用陰極2(以下、単に「陰極2」と表すことがある)と、陽極3とが対向して設置される。陰極2と陽極3とは、それぞれガラスバルブ1の両端部(図1(a)中、上下両端部)側に配備される外部端子(不図示)に、モリブデン箔4、リードなどを介して電気的に接続される。図1では口金5、ナット6も図示している。

0005

ガラスバルブ1の両端部(図1中、上下両端部)に配備される口金5から陰極2と陽極3との間に電圧印加されると陰極2と陽極3との間にアーク放電が発生し光が発せられる。

0006

図1(b)は、この放電ランプ用陰極2の拡大図で、易電子放射物質含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体7(陰極先端チップ)を、高融点金属製母材である高融点金属棒8の先端に取り付けた構造を示すものである。

0007

前記の易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体7は、高融点金属に易電子放射物質を含浸させて形成した多孔質のものである。高融点金属としては、例えば、タングステンが用いられ、易電子放射物質としては、例えば、アルカリ土類金属等が用いられる。あるいは、前記の易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である多孔質の電子放出部焼結体7は、前記高融点金属の粉末と、前記易電子放射物質の粉末とをプレス成型加工し、真空中または水素雰囲気中で焼成して作製されることもある。

0008

前記の易電子放射物質としてはBaO、CaO、Al2O3を混合したもの等が知られている。易電子放射物質(例えば、アルカリ土類金属等)としてバリウムを用い、これをタングステンのような高融点金属に含浸させた多孔質の電子放出部焼結体からなるバリウム含浸型電極が従来から放電ランプの陰極として知られている。

0009

前述した構造からなる放電ランプ用陰極は、易電子放射物質を含浸させて放電部分を構成しているため、陰極材料から容易に電子熱電子放射される。そこで、電極温度が上がらないので電極材料のタングステンが蒸発しにくく、放電ランプの壁面への付着が起こりにくい。このため、放電ランプの出力光量の低下、放電ランプの寿命短縮を防ぎ長寿命ランプとなる。

0010

このような優れた利点を有する前述した構造からなる放電ランプ用陰極に関しては、従来から種々の提案が行われている。

0011

例えば、放電ランプの電極摩耗を小さくし、放電を安定させ、輝度を上げる、等々の方法として従来から種々の提案が行われている。特許文献2、3では電極の先端部の立体角を調整する考え方、特許文献4では電極の体積を調整する考え方、特許文献5では、陰極先端部の面積を調整する考え方が提案されている。この他に、封入ガス圧を調整する方法も提案されている。

0012

特許文献6には、多孔質の高融点金属に含浸させた電子放出部焼結体からなるバリウム含浸型電極が提案されているが、特許文献6記載の提案では、放電が大きな面積で生じ、先端部全体の温度が一様に分布し、易電子放射物質も一様に分布しているために、放電輝点が大きくなり、輝度が低下するおそれがある。

0013

特許文献7では放電輝度を上げる提案がなされている。

0014

特許文献8および特許文献9では易電子放射物質の蒸発を抑制して長寿命を達成させる提案がなされている。

0015

易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体からなる放電ランプ用陰極では、従来から、電子放出部焼結体7の尖頭9(図1(b))の先端角度12(図1(c))を規定することによって、放電部分の温度を最適に制御し、電子放電部分の平均温度の低下を防ぎ、放電部分を広げて、発光部分を大きくし、輝度の低下を防ぐことが試みわれている。

0016

すなわち、含侵型陰極の場合、易電子放射物質(例えば、バリウム)が電子放出部焼結体7に含浸されているので電子放電部分の平均温度が下がり、かつ放電部分が広くなり、発光部分も大きくなる。このため輝度が低下することがある。

0017

これに対して、電子放出部焼結体7の尖頭9(図1(b))の先端角度12(図1(c))を規定することによって輝度の低下を防ぐものである。

0018

しかし、放電部分の温度をあげる目的で先端角度12を小さくすると高融点金属が蒸発してこの蒸発物がガラスバルブ1の内面蒸着して光量が低下して短寿命になる。その一方、先端角度12を大きくすると放電部分の温度が下がり、放電が不安定になり、さらに輝度が低下して光出力が低下する問題が発生する。

0019

このように、含浸型陰極において、電子放出部焼結体7の尖頭9の先端角度12を調整することによって、長寿命、高安定の放電を維持することは、非常に重要なことであるが、困難なことでもあった。

0020

電子放出部焼結体7の尖頭9(図1(b))の先端角度12(図1(c))を規定する場合、陰極表面斜面部分11(図1(C)))にも易電子放射物質が含侵しているため容易にこの斜面からも放電が開始される。このため、放電部分を広げて、発光部分を大きくし、輝度の低下を防ぐ上では有利になる。

0021

ところで、放電ランプ用陰極が配備されている放電ランプには、対流による放電アークの持ち上がり強制させ、陰極先端と陽極先端の中央に放電アークを維持させる目的で磁石が配備されている。

0022

ランプの点灯時、例えば、水平点灯される場合などの点灯初期で、ランプ封入物である水銀が完全蒸発していない不安定状態時に、放電アークが陰極表面斜面部分から放電すると、放電アーク13が磁石の磁力により更に大きく曲がってしまうことがある(図4)。

0023

このようになるとランプ封入物が未蒸発状態で電圧が規定値に達していなくとも放電路が長いため規定電圧よりも高くなる。このため、異常検知され、装置の方で強制的に回路遮断され、放電が遮断されて不点灯になることがある。

先行技術

0024

特開2010−205627号公報
特開平11−219682号公報
特開2009−4203号公報
特開2000−149868号公報
特開平3−8255号公報
特表2000−505939号公報
特願2012—185220号公報
特開平10−149796号公報公報
特開平11−288689号公報公報

発明が解決しようとする課題

0025

本発明は、易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体からなる放電ランプ用陰極において、陰極からの安定した電子放出を実現し、長寿命で高安定な放電を維持すると伴に、高輝度の放電ランプ用陰極を提供することを目的にしている。

0026

更に、本発明は、このような高輝度の放電ランプ用陰極であって、点灯時、例えば、水平点灯される場合などの点灯初期に、放電アークが陰極表面斜面部分から放電して磁石の磁力により更に大きく曲がってしまうことにより強制的に放電が遮断されて不点灯になることを防止できる放電ランプ用陰極を提供することを目的にしている。

課題を解決するための手段

0027

前記目的を達成するため、本願の請求項1記載の発明は、
一端に尖頭を有する電子放出部焼結体と高融点金属製母材とからなる放電ランプ用陰極であって、
前記電子放出部焼結体は、高融点金属に易電子放射物質を含浸させた多孔質の含浸型電極で、前記一端に対向する他端が、前記高融点金属製母材の先端部に埋設あるいは溶接され、
前記尖頭の先端が円錐立体角に近似する先端立体角を有し、
前記尖頭の先端より1mmの範囲における表面は前記多孔質が露出し、それ以外の表面は前記多孔質が塞がれている
ことを特徴とする放電ランプ陰極
である。

0028

請求項2記載の発明は、
前記尖頭の先端部形状が半円状であり、かつこの半円寸法半径が0.05mm〜0.5mmであることを特徴とする請求項1記載の放電ランプ陰極
である。

0029

請求項3記載の発明は、
前記尖頭の先端が有する先端立体角が円錐立体角であることを特徴とする請求項1記載の放電ランプ用陰極
である。

発明の効果

0030

本発明によれば、易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体からなる放電ランプ用陰極において、陰極からの安定した電子放出を実現し、長寿命で高安定な放電を維持すると伴に、高輝度の放電ランプ用陰極を提供することができる。

0031

そして、本発明によれば、このような高輝度の放電ランプ用陰極であって、なおかつ、点灯時、例えば、水平点灯される場合などの点灯初期に、放電アークが陰極表面斜面部分から放電して磁石の磁力により更に大きく曲がってしまうことにより強制的に放電が遮断されて不点灯になることを防止できる放電ランプ用陰極を提供することができる。

0032

すなわち、この発明によれば、含浸型電極を用いた放電ランプで陰極先端部の輝点が従来の放電ランプの輝点より大きくならず、かつ、安定した電子放出を実現できると共に、長寿命で安価な放電ランプ用陰極を提供することができる。

0033

そして、点灯初期において陰極先端部からの安定した電子放出を実現し、長寿命で高安定な放電を維持すると伴に、高輝度の放電ランプ用陰極を提供することができる。

0034

本発明によれば、含浸型陰極を使用する放電ランプで水平点灯する場合、装置既存の放電アーク強制用磁石のため点灯初期の放電不安定期間に異常アークによる装置強制シャットダウンを防止することが可能になる。

図面の簡単な説明

0035

本発明の放電ランプ用陰極が採用される放電灯の一例を説明する図であって、(a)一部を省略して表す断面図、(b)本発明の放電ランプ用陰極の先端側で、高融点金属母材に接続される電子放出部焼結体の一例を説明する図、(c)本発明の放電ランプ用陰極の電子放出部焼結体の尖頭の先端部形状の拡大図。
本発明の放電ランプ用陰極の先端側で、高融点金属母材に接続される電子放出部焼結体の尖頭の先端部半円部半径と光ファイバー出口での照度との関係を表す図。
本発明の放電ランプ用陰極が採用される放電ランプで水平点灯した場合に陰極の先端部と陽極先端部の間の放電アーク形状を説明する概念図。
従来の放電ランプで水平点灯した場合に陰極の先端部と陽極先端部の間の放電アーク形状を説明する概念図。

0036

本発明の放電ランプ用陰極は、一端に尖頭を有する電子放出部焼結体と、高融点金属製母材とからなる。ここで、前記の電子放出部焼結体は、従来公知のように、高融点金属に易電子放射物質を含浸させて形成されている多孔質のものである。前記において、高融点金属としては、多孔質の高融点金属、例えば、タングステンが採用される。易電子放射物質としては、例えば、アルカリ土類金属等が採用される。また、前記の高融点金属製母材は、高融点金属、例えば、タングステンやモリブデンなどから形成されている。

0037

本発明において、前記電子放出部焼結体の前記一端に対向する他端は、前記高融点金属製母材の先端部に埋設あるいは溶接されている。また、前記電子放出部焼結体の前記尖頭の先端は、円錐立体角に近似する先端立体角を備えている。

0038

そして、本発明の放電ランプ用陰極は、前記尖頭の先端より1mmの範囲における表面は前記多孔質が露出し、それ以外の表面は前記多孔質が塞がれている構造になっている。

0039

本願の発明者等は、易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体からなる放電ランプ用陰極において、前記電子放出部焼結体の尖頭の先端立体角頂点部分の尖頭形状・寸法を規定することによって、陰極からの安定した電子放出を実現し、長寿命で高安定な放電を維持すると伴に、高輝度の放電ランプ用陰極を提供することが可能であることを見出した。

0040

すなわち、放電部分である易電子放射物質を含浸させた陰極先端部の形状寸法を変えて輝度との関係を検討することにより、電子放出部焼結体の尖頭の頂点部分の尖頭形状・寸法を規定することによって、陰極からの安定した電子放出を実現し、長寿命で高安定な放電を維持すると伴に、高輝度の放電ランプ用陰極を提供することが可能であることを見出した。

0041

本願の発明者等は、本願発明のような含浸型陰極を使用する放電ランプでは陰極先端角度あるいは直径を制御するよりは、先端部の形状半径を制御することにより長寿命、高安定でさらに輝度が低下しないことを見出した。

0042

本願の発明者等が見出した電子放出部焼結体の前記尖頭の先端の好ましい形状は、前記電子放出部焼結体の前記尖頭の先端を、円錐立体角に近似する先端立体角を備えているものにすることである。

0043

これによって、陰極からの安定した電子放出を実現し、長寿命で高安定な放電を維持すると伴に、高輝度の放電ランプ用陰極を提供することが可能になった。

0044

前述した構造の本発明の放電ランプ用陰極において、前記電子放出部焼結体の前記尖頭の先端部形状を半円状とし、かつこの半円寸法半径R(図1(c))を0.05mm〜0.5mmにすることが望ましい。半円寸法半径Rが0.05mm〜0.5mmになるので、この場合の、本発明の陰極先端形状(すなわち、前記尖頭の先端形状)は、針状にとがっている形状・構造になる。

0045

なお、前述した構造からなる本発明の先端形状を備えた陰極において、前記電子放出部焼結体の前記尖頭の先端が有する先端立体角を円錐立体角とすることが上述した優れた効果を発揮させる上でより望ましい。

0046

本発明の放電ランプ用陰極は、以上に説明した電子放出部焼結体の前記尖頭の先端部形状・構造を備えている上で、更に、前記尖頭の先端より1mmの範囲における表面を、電子放出部焼結体の前記尖頭を形成している多孔質が露出し、それ以外の表面を前記多孔質が塞がれている構造にすることが望ましい。このような構造の本発明の放電ランプ用陰極が採用される放電ランプで水平点灯した場合、陰極先端部と陽極先端部との間の放電アーク13の形状は図3で説明するように安定したものになる。

0047

これによって、陰極からの安定した電子放出を実現し、長寿命で高安定な放電を維持すると伴に、高輝度であることに加えて、点灯初期において陰極先端部からの安定した電子放出を実現し、長寿命で高安定な放電を維持することが可能になる。

0048

本願の発明者等は、前述した構造からなる本発明の陰極先端形状の陰極及び、比較対象例の陰極を準備して、実際に放電ランプを製作し、楕円鏡を用いて第一焦点に本願の陰極先端部を配置し、第二焦点部に光ファイバーの入射部を配置して光ファイバー出口の照度を計測して輝度を評価した。この評価試験では、評価用光学系の光ファイバー出力では3000ルックス以下になる先端形状半径0.5mmを越える範囲では照度不足になり実用的でなかった。

0049

一方、先端形状半径を0.05mmより小さく安定加工することは簡単ではなく、また先端部温度が上がり過ぎることによる高融点金属の溶解蒸発が起こり、その結果ガラスバルブ内壁に蒸発物が蒸着し光量の減衰となった。

0050

更に、易電子放射物質の蒸発が発生する結果、放電が不安定になって光出力が不安定になり、実用に供さなくなるおそれがある。

0051

そこで、前記電子放出部焼結体の前記尖頭の先端部形状を半円状とし、かつこの半円寸法半径R(図1(c))を0.05mm〜0.5mmにすることが望ましい。

0052

本願の発明者等が、前述した構造からなる本発明の陰極先端形状の陰極及び、比較対象例の陰極を準備して、実際に放電ランプを製作し、検討したところ、電子放出部焼結体の前記尖頭を形成している多孔質が露出している領域を、尖頭の先端より1mmの範囲を越える大きさにすると、斜面からの異常放電が発生することがあった。そこで、電子放出部焼結体の尖頭の先端より1mmの範囲における表面を、電子放出部焼結体の尖頭を形成している多孔質が露出し、それ以外の表面を前記多孔質が塞がれている構造にすることが望ましい。

0053

発明者等の検討によれば、前述した構造からなる本発明の放電ランプ用陰極は、35W〜750Wの希ガス放電ランプ、あるいは100W〜1000Wのキセノン水銀ランプに適用することができた。すなわち、前述した構造からなる本発明の放電ランプ用陰極は35Wから1000Wまでの含浸型電極を用いた放電ランプに適用できた。

0054

以下、易電子放射物質としてバリウムを用い、これを多孔質の高融点金属に含浸させた電子放出部焼結体からなるバリウム含浸型陰極に本発明を適用した実施例を説明する。

0055

上述したように、本発明の放電ランプ用陰極は35Wから1000Wまでの含浸型電極を用いた放電ランプに適用できるが、この実施例では、250Wのキセノン水銀放電ランプに本発明の放電ランプ用陰極を用いた。

0056

本発明における放電ランプ用陰極は、図1(a)、(b)を用いて説明している、易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体からなる放電ランプ用陰極において、前記電子放出部焼結体の尖頭の先端立体角頂点部分の尖頭形状・寸法・構造に特徴を有するものである。

0057

そこで、本発明の放電ランプ用陰極は、本明細書の背景技術の欄において、図1(a)、(b)を用いて説明した構造を含んでいるので、前述した説明と共通している部分には共通する符号を用いてその説明を省略する。

0058

図1(a)〜(c)図示の実施例では、本発明の放電ランプ用陰極が採用されている250Wのキセノン水銀放電ランプは、定格ランプ電力DC250W、定格ランプ電圧22.5Vで、キセノンガスと水銀が発光部であるガラスバルブ1にランプ封入物として封入され、陰極2と陽極3の電極間は2mmとした。

0059

本発明の放電ランプ用陰極において、電子放出部焼結体7は、先端側である一端に尖頭9を有している(図1(b))。

0060

図1(c)は図1(b)中の尖頭9の拡大図である。

0061

陰極先端チップを構成する電子放出部焼結体7は、易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体を作製するために従来から行なわれている方法を応用して製作される。本実施例では、以下のようにして製作した。

0062

図1(b)、(c)図示の電子放出部焼結体7(陰極先端チップ)の形状に対応する金型の電子放出部焼結体7に対応する部分に高融点金属(タングステン)の粉末を充填した。次いで、プレス成型焼結加工を行った。プレス成型焼結加工後の先端部分は多孔質が露出している。

0063

次に、先端部分を旋盤を用いて切削し、引き続いてダイヤモンドやすりによる加工により、尖頭の先端の形状・寸法・構造を次のような3種類の形状・構造のものにした。なお、旋盤を用いた切削に替えグラインダーを用いた切削にすることができる。また、ダイヤモンドやすりによる加工に替えて、レーザー加工を用いることができる。

0064

(第一の形態)
尖頭9の先端を、円錐立体角に近似する先端立体角を有するものにし、図1(c)において符号10で示す、尖頭9の先端より1mmの範囲における表面は前記多孔質が露出し、それ以外の表面は前記多孔質が塞がれている構造。

0065

(第二の形態)
尖頭9の先端部形状を半円状で、かつこの半円寸法半径が0.05mm〜0.5mmで、図1(c)において符号10で示す、尖頭9の先端より1mmの範囲における表面は前記多孔質が露出し、それ以外の表面は前記多孔質が塞がれている構造。

0066

(第三の形態)
尖頭9の先端が有する先端立体角が円錐立体角で、図1(c)において符号10で示す、尖頭9の先端より1mmの範囲における表面は前記多孔質が露出し、それ以外の表面は前記多孔質が塞がれている構造。

0067

旋盤あるいはグラインダーを用いて切削が行われた先端部分の表面は、前述したプレス成型焼結加工後に露出していた多孔質の孔がつぶされて、塞がれた構造になる。

0068

そして、引き続いて、図1(c)において符号10で示す、尖頭9の先端より1mmの範囲における表面にダイヤモンドやすりによる加工あるいは、レーザー加工を施すことにより、この範囲における表面に、再度、多孔質を露出させる。

0069

一方、尖頭9の先端より1mmの範囲以外の表面は、前述した旋盤あるいはグラインダーを用いた切削により多孔質が塞がれている状態が保たれる。そこで、前記の工程で、旋盤あるいはグラインダーを用いた切削は、尖頭9の先端より少なくとも1mmを越えている範囲にまで行っておく。

0070

次に易電子放射物質(バリウム)を電子放出部焼結体7の表面に塗布し、真空中で溶融、含浸した。なお、電子放出部焼結体7の表面に塗布した易電子放射物質の溶融、含浸は、水素雰囲気中で行ってもよい。

0071

その後、易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体7の尖頭9が存在している一端に対向する他端を、高融点金属棒8の先端部に取り付けた。

0072

なお、この実施例において、電子放出部焼結体7の他端(図1(b)下端)は、高融点金属製母材である高融点金属棒8の先端部に埋設あるいは溶接によって取り付けられている。その取り付け方法には、電子放出部焼結体7を高融点金属棒の内部に噛合、又は、溶接、若しくは、ろう付けする方法を採用できる。

0073

電子放出部焼結体7の製作は、前述した以外に、電子放出部焼結体7の他端を高融点金属棒8の先端に取り付けてから、易電子放射物質(バリウム)を電子放出部焼結体7の表面に塗布し、含浸させ、真空中または水素雰囲気中にて溶融する方法を採用することもできる。

0074

前記では、電子放出部焼結体7の製作に用いる高融点金属、易電子放射物質として、タングステン、バリウムをそれぞれ例示したが、これら以外に、本発明の技術分野で従来から用いられている高融点金属、易電子放射物質を用いることができる。

0075

易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体を作製する上述した方法により、上述した第一の形態〜第三の形態からなる形状・寸法・構造の尖頭9の先端を有する含浸型電極を調製できる。

0076

この実施例で作成した含浸型電極によれば、電子放出部焼結体7(陰極先端チップ)の形状にプレス成型焼結加工した後の先端部分で表面に露出していた多孔質は、尖頭の先端より1mmの範囲では露出しているが、それ以外の表面は前記多孔質が塞がれている。

0077

多孔質部が露出していなくとも易電子放射物質(バリウム)を電子放出部焼結体7の表面に塗布することにより、十分に含浸させることができ本来の長寿命を達成できた。

0078

この実施例では、陰極2を全長26mm、外径5mm、電子放出部焼結体7の先端角度10(図1(c))を95°とし、後述する検討を行うため、先端部半径R(図1(c))が0.027mm〜0.627mmの範囲内のものを複数製作した。また、これら複数のものそれぞれについて、表面に多孔質を露出させている範囲を尖頭9の先端より1mmの範囲におさめた実施例品と、1mmの範囲を越えている比較例品とをそれぞれ複数準備した。

0079

こうして調製した本発明の放電ランプ用陰極が採用されている250Wのキセノン水銀放電ランプを準備し、前述したように、楕円鏡を用いて、第一焦点に本願の陰極先端部を配置し、第二焦点部に光ファイバーの入射部を配置して光ファイバー出口の照度を計測して輝度を評価した。前述したように、陰極として、先端部半径Rを0.027mm〜0.627mmの範囲内で変化させたものを複数製作し、それぞれ評価を行った。

0080

この結果、電子放出部焼結体7の先端部の形状と光ファイバー出口の光照度との間には図2図示のような相関があることが判った。

0081

すなわち、先端形状半径である先端部半径Rが0.5mmを越えると、評価用光学系の光ファイバー出力では3000ルックス以下になり、照度不足で実用的でなくなることが判明した。

0082

また、先端形状半径である先端部半径Rが0.05mmより小さくなると、ガラスバルブ1内壁に蒸発物が蒸着し光量が減衰することがあった。先端部温度が上がり過ぎることによる高融点金属の溶解蒸発が生じたためと思われた。

0083

このようにして調製した本発明の放電ランプ用陰極(実施例品)が採用されている250Wのキセノン水銀放電ランプを準備し、前述した磁石を装備した光学装置に装着して点灯させても陰極先端の斜面からの放電は起こらず先端部からの放電のみで安定した状態であった。

0084

一方、 表面に多孔質を露出させている範囲が尖頭9の先端より1mmを越えている比較例品を用いた250Wのキセノン水銀放電ランプでは、斜面からの異常放電が発生することがあった。

0085

このように、本発明によれば、易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体7の先端部である尖頭9の先端(図1(c)中、右端)の先端立体角及び、尖頭9の先端部形状と、半円寸法半径を制御することにより高照度、高安定、長寿命の放電ランプ用陰極を供することができた。

0086

また、本発明によれば、易電子放射物質を含浸させた含浸型電極である電子放出部焼結体7の先端部である尖頭9の先端(図1(c)上端)の先端立体角及び、尖頭9の先端部形状と、半円寸法半径を制御することにより、高照度が得られ斜面部(図1−Cの11)における多孔質部分の露出を抑え、先端1mmだけ露出することにより安定した長寿命の放電ランプ用陰極を供することができた。

実施例

0087

以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態、実施例を説明した。本発明は、上述した実施形態、実施例に限られることなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々に変更可能である。

0088

1ガラスバルブ
2陰極
3陽極
4モリブデン箔
5口金
6ナット
7電子放出部焼結体
8高融点金属棒
9尖頭
10 尖頭の多孔質露出寸法
11 陰極斜面部分
13 放電アーク

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