(57)【要約】【課題】  希少金属や地球環境上の負荷が問題視されつつある金属材料の使用量を削減しながら、効率・寿命を改善することができる放電電極及びこれを用いた放電灯を提供する。【解決手段】  放電ガスを封入する封入管９と、この封入管９の外部からこの封入管９を貫通し、この封入管９の内部に延伸する炭素系材料からなる導電性基材１、この封入管９の内部に位置する導電性基材１の表面に形成されたダイヤモンド結晶層５とを有する放電電極とを備える。【選択図】      図１
2005243579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電ガス中に電子を放出する放電電極であって、
電流供給端子として機能する炭素系材料からなる導電性基材と、
該導電性基材の表面に前記放電ガス中に表面が露出するように設けられ、エミッタとして機能するダイヤモンド結晶層
とを備えることを特徴とする放電電極。
【請求項２】
前記炭素系材料は、ダイヤモンド、グラファイト、カルビン、フラーレン、非晶質炭素のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の放電電極。
【請求項３】
前記エミッタとして機能するダイヤモンド結晶層は、単結晶若しくは多結晶であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放電電極。
【請求項４】
放電ガスを封入する封入管と、
該封入管の外部から該封入管を貫通し、該封入管の内部に延伸する炭素系材料からなる導電性基材、該封入管の内部に位置する前記導電性基材の表面に形成されたダイヤモンド結晶層とを有する放電電極
とを備えることを特徴とする放電灯。
【請求項５】
前記炭素系材料は、ダイヤモンド、グラファイト、カルビン、フラーレン、非晶質炭素のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の放電灯。
【請求項６】
前記エミッタとして機能するダイヤモンド結晶層は、単結晶若しくは多結晶であることを特徴とする請求項４又は５に記載の放電灯。
【請求項７】
放電ガスを封入した封入管中に設けられた放電電極を備えた放電灯の廃却方法であって、
前記放電灯を丸ごと粉砕する段階と、
粉砕された前記放電灯を丸ごと酸化性雰囲気で加熱処理し、前記放電電極を焼却する段階
とを含むことを特徴とする放電灯の廃却方法。
【請求項８】
放電ガスを封入した封入管中に設けられ、炭素系材料からなる導電性基材とダイヤモンド結晶層とを有する放電電極を備えた放電灯の廃却方法であって、
前記放電灯を粉砕する段階と、
粉砕された前記放電灯を酸化性雰囲気で加熱処理し、前記放電電極を焼却する段階
とを含むことを特徴とする放電灯の廃却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般光源、産業用光源、各種組み込み用光源等に用いられる放電灯に係り、更には、この放電灯に用いられる放電電極、及び放電灯の廃却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電灯の中でも蛍光灯に代表される低圧放電灯は照明光源市場の約半数を占める大きな市場を有している。これら大きな市場を形成する放電灯においては、近年発光効率などの省エネルギの観点に加えて、省資源、環境負荷低減などの要求が高まってきている。省エネルギに関しては、同じエネルギでより高い発光強度を得ることが求められており、特にバックライト用などの冷陰極型放電灯では、熱型に比べて相対的に効率が低いため、強い市場要求がある。
【０００３】
このため、放電効率を向上させるため、従来の冷陰極で用いられているニッケル（Ｎｉ）等の金属電極に代えて、ダイヤモンドを冷陰極用電極として用いることが提案されている（特許文献１参照。）。ダイヤモンドは、金属等の電極に比べて著しく小さい電子親和力を有する。しかし、このダイヤモンドを冷陰極用電極として用いた冷陰極放電灯は、封入管（ガラス管）の両端には金属製の金具（ステム）が用い、冷陰極用電極のリード端子（リード線）は、金具にカシメ・ロウ付け・合金接合・ネジ止めなどで固定されている。
【０００４】
ところで、環境負荷軽減の観点からは、放電灯の廃却方法が問題となりつつある。すでに欧州や米国、台湾などでは放電灯の回収が法制化されるなどの動きがあり、今後日本でも同様の動きが顕在化する可能性がある。現在国内では蛍光灯の年間生産本数４億本に対して、回収処理されているのは数千万本程度といわれており、それ以外は埋め立て処理されているのが現状である。この放電灯の回収処理で問題となっているのが、水銀などの有害物質の処理と共にガラスや金属などのパーツの分類の手間にある。
【０００５】
ダイヤモンドを冷陰極用電極に用いることが提案されてはいるが、ダイヤモンド膜の基板、リード線、封入管の金具等には、モリブデン（Ｍｏ）等の金属材料が含まれている。Ｍｏ等は、環境上希少金属として使用の低減が求められつつある金属材料であるが、これらの放電灯の陰極金属類は、現在までに実質的にまったく回収されていないばかりか、他のガラスや口金類などの回収において、邪魔になっているのが現状である。
【特許文献１】特開２００２―２９８７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、希少金属や地球環境上の負荷が問題視されつつある金属材料の使用量を削減しながら、効率・寿命を改善することができる放電電極及びこれを用いた放電灯を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の他の目的は、放電灯を燃焼させ廃却処分し、従来問題となっていた分別回収の手間を省略できる放電灯の廃却方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、放電ガス中に電子を放出する放電電極に関する。即ち、本発明の第１の特徴に係る放電電極は、（イ）電流供給端子として機能する炭素系材料からなる導電性基材と、（ロ）この導電性基材の表面に放電ガス中に表面が露出するように設けられ、エミッタとして機能するダイヤモンド結晶層とを備えることを要旨とする。ここで「エミッタ」とは、イオンの衝突や光励起等により２次電子を放出するもの、及び熱電子放出、電界放出をするものを指す。
【０００９】
本発明の第２の特徴は、（イ）放電ガスを封入する封入管と、（ロ）この封入管の外部からこの封入管を貫通し、この封入管の内部に延伸する炭素系材料からなる導電性基材、この封入管の内部に位置する導電性基材の表面に形成されたダイヤモンド結晶層とを有する放電電極とを備える放電灯であることを要旨とする。
【００１０】
本発明の第３の特徴は放電ガスを封入した封入管中に設けられた放電電極を備えた放電灯の廃却方法に関する。即ち、本発明の第３の特徴に係る放電灯の廃却方法は、（イ）放電灯を丸ごと粉砕する段階と、（ロ）粉砕された放電灯を丸ごと酸化性雰囲気で加熱処理し、放電電極を焼却する段階とを含むことを要旨とする。
【００１１】
本発明の第４の特徴は、放電ガスを封入した封入管中に設けられ、炭素系材料からなる導電性基材とダイヤモンド結晶層とを有する放電電極を備えた放電灯の廃却方法に関する。即ち、本発明の第４の特徴に係る放電灯の廃却方法は、（イ）放電灯を粉砕する段階と、（ロ）粉砕された放電灯を酸化性雰囲気で加熱処理し、放電電極を焼却する段階とを含むことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、希少金属や地球環境上の負荷が問題視されつつある金属材料の使用量を削減しながら、放電灯の効率・寿命を改善することができる。又、放電灯を燃焼させ廃却処分し、従来問題となっていた分別回収の手間を省略できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。又、以下に示す第１及び第２の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る放電灯（冷陰極放電灯）は、図１に示すように、放電ガスを封入する封入管９と、この封入管９の外部からこの封入管９を貫通し、この封入管９の内部に延伸する炭素系材料からなる導電性基材１、この封入管９の内部に位置する導電性基材１の表面に形成されたダイヤモンド結晶層５とを有する放電電極（１，５）とを備える。なお、図３〜図５に示すように、封入管９の内壁の一部には、厚さ５０μｍ〜３００μｍで塗布されたハロリン酸カルシウム（３Ｃａ3(ＰＯ4)・Ｃａ(Ｆ，Ｃｌ)2 ）等の蛍光膜１０が塗布されている。更に、図５に示すように、封入管（ガラス管）９の両端において、封入管（ガラス管）９の内部には、一対の放電電極が配置されている。図１では、一対の放電電極の内、左側の冷陰極放電電極のみを図示し、右側の放電電極の図示を省略している。
【００１５】
封入管９は、例えば、ソーダライムガラスや硼珪酸ガラス等のガラス管を用いれば良い。図１に示す導電性基材（芯棒）１は、電流供給端子として機能すると同時に、ダイヤモンド結晶層５の支持体としても機能している。ダイヤモンド結晶層５は、導電性基材１の表面に放電ガス中に表面が露出するように設けられ、エミッタとして機能する。ダイヤモンド結晶層５は、例えば、厚さ１μｍ〜１０μｍ程度である。ダイヤモンド結晶層５内には、必要に応じて、硼素（Ｂ）等のアクセプタ不純物及び燐（Ｐ）等のドナー不純物のいずれか、若しくは両方をドーピングしても良い。導電性基材（芯棒）１としては、結晶性又は非晶質（無定形）の炭素系材料が使用できる。結晶性炭素材料としては、ダイヤモンド、グラファイト（黒鉛）、カルビン（直鎖状炭素）、フラーレン（Fullerene）の４種類の同素体が含まれる。ダイヤモンドは、伝導性ダイヤモンドが好ましい。フラーレン（Fullerene）は、サッカーボールと同じ形をした球形分子Ｃ60や、チューブ状に閉じたネットワーク構造をなす単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）、カーボンナノホーン等のチューブ状フラーレンが含まれる。炭素材料の第５の同素体となる非晶質炭素（無定形炭素）材料には、グラッシーカーボン(ガラス状炭素)、パイロリティックカーボン（熱分解炭素）、ダイヤモンドライクカーボン、ａ−Ｃ：Ｈ膜(Amorphous hydrogenerated carbon膜)、ｔａ−Ｃ膜(Tetrahedoral carbon膜)等が含まれる。冷陰極放電電極の封入管９との封止部はビードガラス３を用いている。
【００１６】
一対の放電電極の内の、図示を省略した他方（右側の放電電極）も同様な構造である。封入管９から外部に露出した導電性基材（芯棒）１は、例えば交流電源に接続される電極端子として機能し、電圧が印加されると、封入管９管内は放電を開始し、一方の電極、例えば図１に示す左側の放電電極が冷陰極として電子を放出するときは、他方の電極、例えば、図示を省略した右側の放電電極が陽極として動作する。
【００１７】
封入管９の内壁の一部に塗布された蛍光膜１０は、放電により発生する紫外線の照射を受けて可視光線を放出させる。封入管９の内部には、放電ガスの他に、水銀放電を発生させるための必要一定量の水銀（水銀粒）が封入されている。点燈を助けるための放電ガスにはアルゴン（Ａｒ）ガス、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスが使用され、封入管９の内部の圧力は、例えば、５．３ｋＰ〜１３ｋＰ程度に設定されている。更に、電子の放出効率を上げるために、数％の水素ガス（Ｈ2）を希ガスに混合することが好ましい。
【００１８】
ダイヤモンド結晶層５からの２次電子の放出は、アルゴンイオン（Ａｒ+）等の希ガスイオンが、電界で加速されて、冷陰極としてのダイヤモンド結晶層５の表面に衝突することによって生じる。この際に、２次電子をダイヤモンド結晶層５から飛び出させる効率はほぼ電子親和力から推定することができる。ダイヤモンド結晶層５は負の電子親和力（ＮＥＡ）、或いは、極めて低い電子親和力を有しており、エネルギバンド図の伝導帯端Ｅｃから見た場合には、真空準位Ｅvacに対してほとんど放出障壁がない。このため、ダイヤモンド結晶層５を用いることによって高い２次電子放出効率を得ることができる。
【００１９】
更に、高品質ダイヤモンドでは、光による直接バンド間遷移を生じさせることでキャリアを励起させ電子を放出させることもできる。例えば、通常用いられるＡｒや水銀に加えてＸｅを加えることによって、ダイヤモンドの直接励起波長より高エネルギの深紫外発光を管内に生じさせ、これをもって陰極のダイヤモンド結晶層５を光励起し、キャリアの生成を促進させることができる。励起光波長は、２００ｎｍ以下が望ましい。水銀蒸気の主要発光スペクトルは２５１ｎｍであるためにダイヤモンドの直接励起にあまり寄与しないが、Ｘｅガスは２００ｎｍ以下に主要発光スペクトルを有するので、ダイヤモンド結晶層５を効率よく励起することができる。
【００２０】
第１の実施の形態に係る放電電極及び放電灯は、金具や金属製リード端子（リード線）を用いていないので、モリブデン（Ｍｏ）のように環境上希少金属として使用の低減が求められつつある高融点金属や、ニッケル（Ｎｉ）のように排出に対して地球環境上の負荷が問題視されつつある金属材料の使用量を削減できる。
【００２１】
又、冷陰極放電電極の表面に形成されたダイヤモンド結晶層５が、高い電子放出効率を示し、且つ、ダイヤモンド結晶層５を構成する炭素が水銀（Ｈｇ）とアマルガムを形成しないので、水銀の取り込まれが抑制され、水銀の消耗が抑えられ、放電灯の効率・寿命を改善することができる。
【００２２】
本発明の第１の実施の形態に係る放電電極に用いるダイヤモンド結晶層５は、図１に示すような一様な連続膜（単結晶膜）である必要はない。例えば、導電性基材（芯棒）１の表面に分散された結晶粒子群、或いは、導電性基材（芯棒）１の内部まで含めて分散形成された結晶粒子群でも良い。図２は、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る放電電極の構造を示し、導電性基材（芯棒）１の上に、複数の結晶粒界を有する多結晶として、ダイヤモンド結晶層７が分散形成された状態を示している。冷陰極放電電極のエミッタとして機能する多結晶ダイヤモンド結晶層７の各粒界の大きさは、単結晶ダイヤモンドと同様なバンド構造が、各粒の内部で実現できる程度の結晶構造の周期性が確保できる寸法であれば良い。例えば、電子のダイヤモンド中の拡散距離Ｌn程度の大きさ、若しくは、ダイヤモンドを固体プラズマと見なしたときのデバイ長λD程度の大きさを有すれば、単結晶ダイヤモンドと同様なバンド構造が、各粒の内部で実現できる。結晶成長の現実を考慮すれば、厚さ１μｍ〜１０μｍ程度で成膜する場合は、各粒の大きさは厚さと同程度以上になる。そして、多結晶ダイヤモンド結晶層７の各粒からの２次電子の放出は、アルゴンイオン（Ａｒ+）等の希ガスイオンが、電界で加速されて、冷陰極としての多結晶ダイヤモンド結晶層７の各粒の表面に衝突することによって生じる。この際に、２次電子を多結晶ダイヤモンド結晶層７の各粒から飛び出させる効率はほぼ電子親和力から推定することができる。多結晶ダイヤモンド結晶層７の各粒は、単結晶ダイヤモンドと同様に、負の電子親和力（ＮＥＡ）、或いは、極めて低い電子親和力を有しており、エネルギバンド図の伝導帯端Ｅｃから見た場合には、真空準位Ｅvacに対してほとんど放出障壁がない。このため、多結晶ダイヤモンド結晶層７の各粒を用いることによって高い２次電子放出効率を得ることができる。多結晶ダイヤモンド結晶層７を用いた場合には、各粒界に存在する水素終端が、希ガスイオンの衝突により離脱しにくくなるので、冷陰極放電電極の長寿命化が実現できる。
【００２３】
更に、例えば、通常用いられるＡｒや水銀に加えてＸｅを加えることによって、ダイヤモンドの直接励起波長より高エネルギの深紫外発光を管内に生じさせ、これをもって陰極の多結晶ダイヤモンド結晶層７の各粒を光励起し、キャリアの生成を促進させることができる。
【００２４】
多結晶ダイヤモンド結晶層７には、必要に応じて、硼素（Ｂ）等のアクセプタ不純物及び燐（Ｐ）等のドナー不純物のいずれか、若しくは両方をドーピングしても良い。導電性基材（芯棒）１としては、図１と同様に、結晶性又は非晶質（無定形）の炭素系材料が使用できる。  
図１に示す第１の実施の形態に係る放電灯、図２に示す第１の実施の形態の変形例に係る放電灯は、構造が簡単であり、以下に説明するような簡単な製造方法で、大量生産が可能であり、製造コストの低減が可能である。図３〜図５を用いて、本発明の第１の実施の形態に係る放電灯の製造方法を説明する。
【００２５】
（イ）先ず、導電性基材（芯棒）１ａ，１ｂとして、グラッシーカーボン或いはパイロリティックカーボンなどからなる炭素棒を用意し、この導電性基材（芯棒）１ａ，１ｂの主表面にＣＶＤ法によって図１に示すように、ダイヤモンド結晶層５をエピタキシャル成長する。具体的には、一定の深さの穴が垂直方向に開口されたＣＶＤ用サセプタに、導電性基材（芯棒）１ａ，１ｂを垂直に挿入し、穴に埋まらずにＣＶＤ炉中に露出した導電性基材（芯棒）１ａ，１ｂ上に、ダイヤモンド単結晶層５ａ，５ｂを、それぞれ選択的にエピタキシャル成長する。ＣＶＤ法は、例えば４ｋＰａの減圧下で、２．４５ＧＨｚの高周波放電を用いたプラズマＣＶＤが採用可能である。この際、基板温度８５０℃において、ソースガスとしてメタン（ＣＨ4）ガスを、キャリアガスとしての水素（Ｈ2）ガスと共に供給すれば良い。メタン（ＣＨ4）ガス：水素（Ｈ2）ガスの流量比１：９９程度にすれば、０．５μｍ／時間〜１μｍ／時間程度の成長速度で、エピタキシャル成長層５ａ，５ｂが得られるが、この際、Ｈ2ガス希釈されたジボラン（Ｂ2Ｈ6）とフォスフィン（ＰＨ3）をマスフローコントローラ等で制御して、同時に流し、ダイヤモンド結晶層５ａ，５ｂ中に、活性化エネルギが相対的に小さいアクセプタ不純物として硼素（Ｂ）を、活性化エネルギが相対的に大きいドナー不純物として燐（Ｐ）を同時にドーピングする。ダイヤモンド結晶層５ａ，５ｂは、例えば、１〜１００μｍ程度堆積する。ｎ型ドーパントガスとしては、フォスフィンの代わりにアルシン（ＡｓＨ3）、硫化水素（Ｈ2Ｓ）、アンモニア（ＮＨ3）等が使用可能である。
【００２６】
（ロ）次に、ガラス玉（ビーズ）６２ａの中央部近傍を開口し、冷陰極放電電極（１ａ，５ａ）を挿入する。そして、図３のように一部に絞り部６６Ａが形成され、一部領域に蛍光膜１０が塗布された円筒状ガラス管（封入管）９を用意し、一対の放電電極の一方を用い、絞り部６６Ａにガラス玉６２ａを載せて冷陰極放電電極（１ａ，５ａ）をガラス管９内の所定位置に設定し、図４のように支持具７０に保持した状態で、絞り部６６Ａとガラス玉６２ａ付近をガスバーナ７１等にて加熱し、ガラス管９とガラス玉６２ａを溶融させて両者を溶着して、ガラス管９の一端を封止する溶着部６７Ａを形成する。そして、図５のように溶着部６７Ａから離れたガラス管９の一部に形成したもう一つの絞り部６６Ｂに他方の放電電極（１ｂ，５ｂ）を用い、同様に、絞り部６６Ｂにガラス玉６２ｂを載せて放電電極（１ｂ，５ｂ）をガラス管９内の所定の位置に設定し、ガラス管９の絞り部６６Ｂ側の開口端部６８を吸排気装置の吸排気ヘッド８６に接続する。吸排気装置は、吸排気ヘッド８６に対して、ガラス管９内の空気を吸引してガラス管９内を真空にする真空ポンプ８１と、ガラス管９内にネオン、アルゴン等所定の放電ガスを注入するためのガス供給源８２と、吸気、排気を切換える切換バルブ８３と、排気電磁弁８４と、吸気電磁弁８５とを有する。
【００２７】
（ハ）そして、一対の放電電極（１ａ，５ａ；１ｂ，５ｂ）を具備したガラス管９を吸排気ヘッド８６に接続した状態において、排気電磁弁８４と切換バルブ８３にて排気通路を開いて真空ポンプ８１を稼動し、ガラス管９内の空気を排気し、真空にする。その後、切換バルブ８３と吸気電磁弁８５を通ってガス供給源８２から水素（Ｈ2）ガスをガラス管９内に導入し、ダイヤモンド結晶層５ａ，５ｂの表面のダングリングボンドをそれぞれ水素終端する。その後、切換バルブ８３と吸気電磁弁８５を通ってガス供給源８２からアルゴン等の所定の放電ガスとともに少量の水銀をガラス管９内に封入する。或いは、ガス供給源８２から水素ガスを含む放電ガスを、少量の水銀とともにガラス管９内に封入しても良い。更に、その後、絞り部６６Ｂ付近とガラス玉６２ｂをガスバーナ７１等にて加熱し、ガラス管９とガラス玉６２ｂとを溶融させて両者を溶着して、冷陰極放電灯のもう一方の溶着部６７Ｂを形成する。この後に、ガラス管の溶着部の外側の不要部分を除去することによって、図１にその一部を示す冷陰極放電灯が得られる。なお、上記に述べた冷陰極放電灯の製造方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により、実現可能であることは勿論である。
【００２８】
本発明の第１の実施の形態に係る放電灯の製造方法によれば、大きな導電性基材（芯棒）１上にダイヤモンド結晶層５を成膜するだけで、放電電極を製造することができるので、大量生産が可能であり、製造コストの低減が可能である。
【００２９】
なお、図２に示す第１の実施の形態の変形例に係る放電灯の多結晶ダイヤモンド結晶層７を成膜するためには、導電性基材（芯棒）１の上に、超音波洗浄で、粒径１０ｎｍ程度のダイヤモンド粒子を付着してから、メタン（ＣＨ4）と水素（Ｈ2）ガスを用いて、プラズマＣＶＤをすれば良い。  
更に、第１の実施の形態に係る放電灯は、以下の手順で廃却処分可能で、放電灯の陰極を通常仕様の焼却炉を用い、酸化性加熱処理によって燃焼させることができる：
（ａ）寿命に到達した放電灯を、丸ごと粉砕する；
（ｂ）粉砕した放電灯を、丸ごと焼却炉に投入する。そして、焼却炉中で、封入管（ガラス管）９の軟化温度（例えば６３０〜７００℃）以下の温度で１５分〜３０分程度、低温予備加熱し、放電ガスに含まれた水銀を気化（昇華）し、排ガスを水冷水平ダクト又は冷媒等で冷却した螺旋ダクトを通過させ液体として回収する。
【００３０】
（ｃ）その後、焼却炉に空気又は酸素ガスを導入し、酸化性雰囲気とし、「廃棄物の処理及び清掃に関する法律施行規則（昭和４６年厚生省令第３５号）」に規定された、８００℃以上の状態で、丸ごと粉砕した放電灯を焼却する。この際、水冷水平ダクト又は冷媒等で冷却した螺旋ダクトにより、更に、極僅か残存している可能性のある水銀が存在すれば、それを液体として回収し、万全を期す。これにより、放電灯を構成している放電電極は、酸化性雰囲気により燃焼し、炭酸ガス（ＣＯ2）として気化する。燃焼させるのは、炭素系の材料のみであるので、１０００〜１３００℃以下の燃焼温度、更には９００℃以下の燃焼温度で充分であり、焼却炉の寿命も長くなる。
【００３１】
以上のように、第１の実施の形態に係る放電灯の廃却処分方法によれば、寿命に到達した放電灯を、金属（不燃物）と可燃物に、分類せずに酸化性雰囲気で燃焼処理することができる。そして、封入管９の内部に封入された必要一定量の水銀（水銀粒）は、燃焼ガスを冷却して回収できる。ニッケル（Ｎｉ）の沸点は２７８２℃、モリブデン（Ｍｏ）の沸点は５５１２℃、タングステン（Ｗ）の沸点は５７２７℃であるので、これらの金属は通常仕様の焼却炉を用いて、ガスとしては回収不可能であるが、第１の実施の形態に係る放電灯は、これらの金属を含まない。即ち、放電灯を構成している放電電極は、焼却後は炭酸ガス（ＣＯ2）として気化する炭素系材料で構成されているので、焼却後に残渣を生じることもない。したがって、従来問題となっていた、寿命に到達した放電灯の金具（ステム）やリード端子（リード線）の分別回収の手間も省略できる。
【００３２】
なお、（ｂ）の低温予備加熱による水銀を気化（昇華）させる工程を省略し、いきなり、８００℃以上の高温状態で燃焼させても良い。但し、高温の水銀ガスと蛍光膜に含まれる元素との反応により、新たな水銀化合物の生成を防止する上では、低温で前もって、水銀ガスを回収するのが好ましい。一般に蛍光体は、ハロリン酸カルシウム等の母結晶に発光イオン（賦活剤）となるアンチモンイオン（Ｓｂ3+）、マンガンイオン（Ｍｎ2+）等を微量添加して作られているので、高温燃焼状態で、種々の化合物が合成される可能性がある。
【００３３】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る放電灯（熱陰極放電灯）は、図６に示すように、放電ガス１１を封入した封入管９と、この封入管９の内壁の一部に、厚さ５０μｍ〜３００μｍで塗布された蛍光膜１０と、封入管（ガラス管）９の両端においてその内部に配置された一対の熱陰極放電電極を備えている。封入管９は、例えば、ソーダライムガラスや硼珪酸ガラス等のガラス管を用いれば良い。
【００３４】
一対の熱陰極放電電極の内、図６の左側の熱陰極放電電極は、支持体（電流供給端子）としての導電性基材（炭素ファイバー）２ａと、この導電性基材（炭素ファイバー）２ａの上に配置されたエミッタとしてのダイヤモンド結晶層７ａを備えている。封入管９との封止部はビードガラス３ａを用いている。同様に、一対の熱陰極放電電極の内の他方、即ち、図６の右側の熱陰極放電電極も、導電性基材（炭素ファイバー）２ｂと、この導電性基材（炭素ファイバー）２ｂの上に配置されたエミッタとしてのダイヤモンド結晶層７ｂを備えている。封入管９との封止部はビードガラス３ｂを用いている。
【００３５】
第２の実施の形態に係る熱陰極放電灯の熱陰極放電電極に用いるダイヤモンド結晶層７ａ，７ｂ内には、活性化エネルギが相対的に小さいアクセプタ不純物と、相対的に大きいドナー不純物がともにドーピングされている。更に、アクセプタ不純物の濃度ＮAがドナー不純物の濃度ＮDよりも小となるようにドーピングされている。例えば、アクセプタ不純物としての硼素（Ｂ）の濃度１０15ｃｍ-3〜１０19ｃｍ-3程度、ドナー不純物としての燐（Ｐ）の濃度１０16ｃｍ-3〜１０21ｃｍ-3程度の範囲において、アクセプタ不純物の濃度ＮAがドナー不純物の濃度ＮDよりも小となるようにドーピングを選定すれば良い。
【００３６】
第２の実施の形態に係る放電電極（熱陰極放電電極）に用いる支持体としての導電性基材（炭素ファイバー）２ａ，２ｂとしては、第１の実施の形態で説明したダイヤモンド（伝導性ダイヤモンド）、グラファイト、カルビン、フラーレン或いは、非晶質炭素（無定形炭素）等が使用可能であるが、特に、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）、或いはカーボンナノホーン等のチューブ状フラーレンをフフィラーとした炭素ファイバーが好ましい。
【００３７】
図７は図６の一対の熱陰極放電電極の詳細を示す。一対の熱陰極放電電極を包括的に説明するために、導電性基材（炭素ファイバー）２ａ，２ｂを導電性基材（炭素ファイバー）２と表現し、ダイヤモンド結晶層７ａ，７ｂをダイヤモンド結晶層７と表現している。図７（ｂ）の断面図に示すように、熱陰極放電電極は、支持体としての導電性基材（炭素ファイバー）２の上に、厚さ１μｍ〜１０μｍのダイヤモンド結晶層７が成膜されている。
【００３８】
本発明の第２の実施の形態に係る放電電極に用いるダイヤモンド結晶層５は、図７に示すような一様な連続膜（単結晶膜）である必要はない。例えば、導電性基材（炭素ファイバー）２の表面にひび割れた膜や分散された結晶粒子群、或いは、導電性基材（炭素ファイバー）２の内部まで含めて分散形成された結晶粒子群でも良い。図８は、本発明の第２の実施の形態の変形例に係る放電電極の構造を示し、導電性基材（炭素ファイバー）２の上に、複数の結晶粒界を有する多結晶として、ダイヤモンド結晶層７が分散形成された状態を示している。多結晶ダイヤモンド結晶層７の各粒の大きさは、電子のダイヤモンド中の拡散距離Ｌn程度、若しくはデバイ長λD程度の大きさを有すれば良い。この程度の大きさを有すれば、単結晶ダイヤモンドと同様なバンド構造が、各粒で実現できるが、厚さ１μｍ〜１０μｍ程度で成膜する場合は、各粒の大きさは厚さと同程度が好ましい。図８に示すように、導電性基材（炭素ファイバー）２の表面にひび割れた膜として形成されていれば、多結晶ダイヤモンド結晶層７と導電性基材（炭素ファイバー）２との熱膨張係数の違いによる熱的な応力を結晶粒界が吸収できるので、多結晶ダイヤモンド結晶層７と導電性基材（炭素ファイバー）２との安定した結合が維持でき、熱履歴に対する信頼性及び寿命が向上する。
【００３９】
なお、図８に示す第２の実施の形態の変形例に係る放電灯の多結晶ダイヤモンド結晶層７を成膜するためには、導電性基材（炭素ファイバー）２の上に、超音波洗浄で、粒径１０ｎｍ程度のダイヤモンド粒子を付着してから、メタン（ＣＨ4）と水素（Ｈ2）ガスを用いて、プラズマＣＶＤをすれば良い。
【００４０】
封入管９の内壁の一部に塗布された蛍光膜１０は、放電により発生する紫外線の照射を受けて可視光線を放出させる。封入管９の内部には、放電ガス１１の他に、水銀放電を発生させるための必要一定量の水銀（水銀粒）が封入されている。点燈を助けるための放電ガス１１にはアルゴン（Ａｒ）ガス、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスが使用され、封入管９の内部の圧力は、例えば、５．３ｋＰａ〜１３ｋＰａ程度に設定されている。更に、電子の放出効率を上げるために、数％の水素ガス（Ｈ2）を希ガスに混合することが好ましい。
【００４１】
上述したように、第２の実施の形態に係る熱陰極放電灯の熱陰極放電電極は、加熱により、電子を放出させるエミッタとして、活性化エネルギが相対的に小さいアクセプタ不純物と、相対的に大きいドナー不純物がともに、ダイヤモンド結晶層７ａ，７ｂドーピングされている。ダイヤモンド結晶層７ａ，７ｂ中のアクセプタ不純物（Ｂ）の活性化エネルギ（０．２〜０．３ｅＶ）は、ドナー不純物の活性化エネルギ（約０．５ｅＶ）よりも小さい。そして、常温（３００°Ｋ）において、フェルミレベルＥfは、アクセプタ不純物（Ｂ）のエネルギレベルＥaと価電子帯端のエネルギＥvの間に存在する。このため、常温（３００°Ｋ）でも、価電子帯端の近傍の電子は、アクセプタ不純物（Ｂ）にトラップされ、価電子帯端の近傍に正孔（ホール）を生成し、伝導性が得られる。即ち、常温での通電開始時には、アクセプタ不純物（Ｂ）からの正孔（ホール）による伝導が得られる。このとき、活性化エネルギが大きいドナーからは、電子の伝導帯への供給はなく、ドナー不純物（Ｐ）は未活性状態である。正孔（ホール）の生成により、ダイヤモンド結晶層７ａ，７ｂ自体に電気が流れ、通電を行うことにより、ダイヤモンド結晶層７ａ，７ｂ自体が効率よく加熱される。正孔（ホール）の伝導により、ダイヤモンド結晶層７ａ，７ｂ自体が７００°Ｋ〜８００°Ｋ程度まで加熱された昇温状態では、フェルミレベルＥfは、価電子帯端のエネルギＥvとドナー不純物（Ｐ）のエネルギレベルＥdの間に存在する。このエネルギ状態では、アクセプタ不純物（Ｂ）より高濃度にドーピングしておいたドナー不純物（Ｐ）が加熱によって、ドナー不純物（Ｐ）に活性化され、ドナー不純物（Ｐ）から伝導帯へ電子が供給される。即ち、７００°Ｋ〜８００°Ｋ程度まで加熱された状態のダイヤモンド結晶層７ａ，７ｂには、電子放出に必要な電子が多数キャリアとして生成される。
【００４２】
この様に、第２の実施の形態に係る放電電極（熱陰極放電電極）においては、始動時点からの通電加熱、熱電子放出の一連の過程がダイヤモンド結晶層７ａ，７ｂだけで可能になり、電力を最小限にし、簡単な構成で高効率・低温熱電子放出陰極を実現することができる。即ち、第２の実施の形態に係る放電電極（熱陰極放電電極）によれば、ダイヤモンド結晶層７ａ，７ｂのドーピングの効果により、通電開始から電流はすべてダイヤモンド結晶層７ａ，７ｂ内を流れ、効率よく昇温された状態で、電子放出に適したｎ型即ち電子伝導が得られる。
【００４３】
第２の実施の形態に係る放電電極（熱陰極放電電極）は、通電加熱用フィラメントを、別途設ける必要がないため、構造が簡単である。又、第1の実施の形態と同様な簡単な製造方法で、大量生産が可能であるので、製造コストの低減が可能である。
【００４４】
第２の実施の形態に係る放電電極（熱陰極放電電極）を用いることによって、モリブデン（Ｍｏ）のように環境上希少金属として使用の低減が求められつつある高融点金属や、ニッケル（Ｎｉ）のように排出に対して地球環境上の負荷が問題視されつつある金属材料の使用量を削減しながら、放電灯の効率・寿命を改善することができる。これは第２の実施の形態に係る放電電極（熱陰極放電電極）に形成されたダイヤモンド結晶層７ａ，７ｂが、高い電子放出効率を示すこと、又ダイヤモンド結晶層７ａ，７ｂを構成する炭素が水銀とアマルガムを形成しないことから水銀の取り込まれが抑制され、水銀の消耗が抑えられることによる。
【００４５】
更に、第２の実施の形態に係る熱陰極放電灯は、第１の実施の形態に係る冷陰極放電灯と同様に、酸化性雰囲気により丸ごと焼却（燃焼）による廃却処分が可能である。この廃却処分時に、放電灯は、水銀回収装置を備えれば、通常仕様の焼却炉で燃焼させ、事前の分類処理が不要である。放電灯の焼却後は、放電電極が気化するので、残渣を生じることもなく、従来問題となっていた分別回収の手間、環境上希少金属として使用の低減が求められつつある高融点金属や、地球環境上の負荷が問題視されつつある金属材料の使用削減などを実現することができる。
【００４６】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４７】
例えば、第１及び第２の実施の形態では、寿命に到達した放電灯を、丸ごと粉砕し、丸ごと焼却（燃焼）する場合について説明したが、放電灯の必要部分、例えば放電電極近傍部分のみを、粉砕し、焼却（燃焼）しても良い。
【００４８】
この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る放電灯の一部を説明する模式的断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る放電灯の一部を説明する模式的断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る放電灯の製造方法を説明する工程断面図である（その１）。
【図４】第１の実施の形態に係る放電灯の製造方法を説明する工程断面図である（その２）。
【図５】第１の実施の形態に係る放電灯の製造方法を説明する工程断面図である（その３）。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る放電灯の概略を説明する模式的一部断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る放電灯の放電電極の詳細を説明する模式図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る放電灯の放電電極の詳細を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
１，１ａ，１ｂ…導電性基材（芯棒）
２ａ，２ｂ…導電性基材（炭素ファイバー）
３，３ａ，３ｂ…ビードガラス
５，５ａ，５ｂ…ダイヤモンド結晶層
７，７ａ，７ｂ…ダイヤモンド結晶層（多結晶ダイヤモンド結晶層）
９…封入管（ガラス管）
１０…蛍光膜
１１…放電ガス
２３ａ，２４ａ…コンタクト膜
６２ａ，６２ｂ…ガラス玉
６６Ａ，６６Ｂ…絞り部
６７Ａ，６７Ｂ…溶着部
６８…開口端部
７０…支持具
７１…ガスバーナ
８１…真空ポンプ
８２…ガス供給源
８３…切換バルブ
８４…排気電磁弁
８５…吸気電磁弁
８６…吸排気ヘッド
【図１】
2005243579.tif 000003
【図２】
2005243579.tif 000004
【図３】
2005243579.tif 000005
【図４】
2005243579.tif 000006
【図５】
2005243579.tif 000007
【図６】
2005243579.tif 000008
【図７】
2005243579.tif 000009
【図８】
2005243579.tif 000010