(57)【要約】【課題】  高輝度の放電ランプにおいて、電極先端への易電子放射物質の供給が一定になるようにし、良好な電子放射特性を保ち、安定な動作を長時間にわたって保つような電極を具備した放電ランプを提供すること。【解決手段】  密閉された光透過性の容器と、該容器内に対向する一対の電極を備え、これらの電極が光透過性容器に気密に封着された封着部を介して電気的に接続された放電ランプにおいて、該電極のすくなくとも１つは、高融点金属からなる電極の内部に気密室を備え、易電子放射物質を封入し、該気密室内には易電子放射物質の未充填の空間が存在する放電ランプとする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された光透過性の容器と、該容器内に対向する一対の電極を備え、これらの電極が光透過性容器に気密に封着された封着部を介して電気的に接続された放電ランプにおいて、
該電極のうち、陰極動作する電極は、高融点金属からなる電極の内部に気密室を備え、易電子放射物質を封入し、該気密室内には易電子放射物質の未充填の空間が存在することを特徴とする放電ランプ。
【請求項２】
前記易電子放射物質の１つの成分がスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、ガドリニウム、バリウム、トリウムのいずれかから選択される元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ。
【請求項３】
前記電極の先端部の基体金属がタングステンを主成分とし、易電子放射物質を含有することを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の放電ランプ。
【請求項４】
密閉された光透過性の容器と、容器内に対向する一対の電極を備え、これらの電極が光透過性容器に気密に封着された封着部を介して電気的に接続された放電ランプにおいて、
該電極のうち、陰極動作する電極は、易電子放射物質を含有した高融点金属の基体からなり、電極内に気密に保たれた気密室を備え、該基体から易電子放射物質を誘因する誘因性物質を気密室内に封入し、該気密室内には該誘因性物質の未充填の空間が存在することを特徴とする放電ランプ。
【請求項５】
前記気密室内の誘因性物質はカルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、ジルコニウム、ハフニウム、炭素のいずれかから選択される元素を含むことを特徴とする請求項４に記載の放電ランプ。
【請求項６】
前記気密室内に封入する物質がヨウ素、臭素、塩素のいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の放電ランプ。
【請求項７】
前記気密室内に気密空間を支える構造を設けることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高圧水銀ランプのような高輝度放電ランプに関し、特にその電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
高輝度放電ランプの電極は、トリウムやランタン、バリウムのような易電子放射物質が電極を構成する基体金属に吸着し、仕事関数を下げることで、良好な電子放射特性を得ている。しかしながら、易電子放射物質は電極表面から蒸発し、失われるため、良好な電子放射特性を保つためには、易電子放射物質を補う必要がある。
【０００３】
従来、易電子放射性の物質は酸化物の形で高融点の基体金属内に存在し、拡散によって先端まで運ばれると考えられている。このため、易電子放射物質の電極先端への供給は、時間とともに拡散の経路が延びていくため、減少し、電極先端から失われる量より、電極内部から供給される供給量が少なくなると、アークスポットが移動したり、アークスポットの大きさが変わり、アーク不安定の現象を起こすため、寿命が制限されていた。
【０００４】
また、はじめに電極の基体金属内の易電子放射物質の含有量を高くすると、初期の易電子放射物質の供給量が多くなりすぎ、余剰に供給されたものはすぐに蒸発してしまうため、点灯開始後の初期黒化による放射照度の減衰を起こしてしまうため、易電子放射物質の含有量を高くして、寿命をのばす方法には限界があった。
【０００５】
易電子放射物質が長期間にわたって電極先端に供給されるようにするため、特許第２７３２４５１号公報や特許第２７３２４５２号公報には、陰極内部に空洞部を設け、バリウム系の易電子放射物質を充填した構造が提案されている。
【０００６】
これらの公報に開示されている技術では、電極の基体金属内に均一に易電子放射性物質を分散したものに比べると、より長期間にわたって易電子放射物質が電極先端に供給されるが、それでも結晶粒界や粒内の拡散といった固体内拡散現象を使うため、充填された易電子放射物質が消費されるとともに拡散経路がのび、電極先端への易電子放射物質の供給量が時間とともに減少するのを避けることができない。
【０００７】
アークランプの高出力点灯時、安定動作のため、特開平９−９２２０１号公報には高融点金属の芯と周辺部に易電子放射物質を含浸し、その表面を高融点金属で被覆した構造、および多孔質の高融点金属に易電子放射物質を含浸したものに先端が開いた空洞路を設ける構造が提案されている。いずれも、易電子放射性物質の先端への輸送は拡散現象であるため、時間とともに拡散経路が長くなり、供給量を一定に保つのが難しい。
【０００８】
アークランプの高出力点灯時、安定動作のため、特開平１１−１５４４８８号公報に空洞と先端貫通孔を備え、空洞に易電子放射物質を充填した構造が提案されている。易電子放射物質の電極先端への輸送について、貫通孔の拡散経路は同じであるが、充填された易電子放射物質が消費されるとともに電極先端への経路がのびるため、供給量を一定に保つのが難しい。
【特許文献１】特許第２７３２４５１号公報
【特許文献２】特許第２７３２４５２号公報
【特許文献３】特開平９−９２２０１号公報
【特許文献４】特開平１１−１５４４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、高輝度の放電ランプにおいて、電極先端への易電子放射物質の供給が一定になるようにし、良好な電子放射特性を保ち、安定な動作を長時間にわたって保つような電極を具備した放電ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、密閉された光透過性の容器と、容器内に対向する電極を備え、これらの電極が光透過性容器に気密に封着された封着部を介して電気的に接続された放電ランプにおいて、該電極のうち、陰極動作する電極は、高融点金属からなる電極内に気密室を備え、易電子放射物質を封入し、該気密室内には易電子放射物質の未充填の空間が存在することを特徴としている。
【００１１】
高い蒸気圧をもった易電子放射物質は、気密室内で蒸発し、気体になって気密室に充満するため、電極先端直下の気密室内の表面にも吸着層を形成する。気密室内表面への吸着層の形成について、基体金属がタングステン、易電子放射物質がセリウムの場合ついて述べる。気密室の蒸気圧は、気密室内の液体または固体と気相の共存するところの最冷部の温度で決まる。セリウムを気密室内に封入し、最冷部の温度を約１９００Ｋに制御すると、セリウムの蒸気圧は約１３３Ｐａになる。セリウムの融点は１０７７Ｋなので、気密室は液体と気体で満たされる。
【００１２】
電極先端直下の気密室の内壁は最も温度が高くなる。電極先端と気密室の隔壁の厚さを１ｍｍ程度にすると、この温度は約２４００Ｋ程度にもなる。セリウム原子はタングステン結晶面に吸着しやすく、セリウム原子同士の凝集エネルギーよりセリウム原子とタングステン結晶面への吸着のエネルギーの方が大きいため、セリウムは１３３Ｐａのセリウム蒸気の存在下では約３２００Ｋの高温まで吸着層を維持できる。このため、気密室内壁は全面がセリウムの吸着層で覆われることになる。
【００１３】
セリウムを気密室内に封入し、最冷部の温度を約１７００Ｋに制御すると、セリウムの蒸気圧は約１３．３Ｐａになる。セリウムは１３．３Ｐａのセリウム蒸気の存在下では約２９００Ｋの高温まで吸着層を維持できる。この場合も、気密室内壁は全面がセリウムの吸着層で覆われることになる。
【００１４】
一般に、易電子放射物質の場合、易電子放射物質の原子同士の凝集エネルギーより、タングステン結晶面への吸着のエネルギーの方が大きいため、吸着層が形成されやすい。易電子放射物質は電極先端での電子放出を容易にするため、先端に吸着層が形成されている必要があり、この吸着層を安定に維持できる温度に先端温度がコントロールされるので、先端より低い温度では吸着層が形成されると考えられる。したがって、気密室内の易電子放射物質の蒸気圧が十分なら、本発明の気密室内壁には、ほぼ必然的に吸着層が形成されることとなる。
【００１５】
電極先端直下と先端の間は濃度勾配による拡散により易電子放射性物質が輸送されるが、電極先端直下の易電子放射物質は、蒸気圧が高いと、吸着層が形成されていて、易電子放射物質の基体金属への固溶限度まで溶け込み、また結晶粒界へも侵入するため、濃度が一定に保たれ、輸送される易電子放射物質の単位時間あたりの供給量は一定に保たれる。
【００１６】
重力の作用によって、電極先端直下の気密室内の表面に易電子放射物質の凝集相が接する場合も、電極先端直下の濃度は、易電子放射物質の基体金属への固溶限度まで溶け込むため、一定に保たれ、電極先端直下と先端の間は濃度勾配による拡散により易電子放射性物質の供給量は一定に保たれる。気密室の断面が小さいと、たとえ重力が作用しても、表面張力によって、気密室内の電極先端直下の部分は気相になる場合もあるが、この場合も、易電子放射物質の吸着層によって、濃度が一定に保たれるため、供給量は一定に保たれる。つまり、気密室内に空間が存在すると、電極の動作姿勢にかかわらず、供給量を一定に保つことができる。
【００１７】
気密室内に高い蒸気圧の易電子放射物質を閉じ込めることで、電極先端の直下まで、易電子放射物質が速く、多量に輸送できる。また、電極は先端ほど動作温度が高く、温度が高いほど拡散係数が大きいため、結果として、気密室内の易電子放射物質は選択的に電極先端に運ばれるので、少ない易電子放射物質の封入量で長い寿命が達成できる。また、不要な易電子放射物質が電極内部からランプの放電空間中へ出て、ランプ内を汚染するのを最小限に留められる。
【００１８】
また請求項2に記載の発明は、上記の気密室に封入する易電子放射物質の１つの成分がスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、ガドリニウム、バリウム、トリウムのいずれかから選択される元素を含むことを特徴としている。
【００１９】
これらの金属は、タングステンなどの高融点金属の表面で電子放射性物質としてよく働き、かつ、気密室を構成するタングステンなどとの反応性が低いので、気密室が腐食されず、安定に保つことができる。また、これらの金属のタングステン中の溶解度が比較的低いため、電極先端直下の高融点金属中の濃度は、溶解度で決まり、易電子放射物質の供給を安定化するのに役立つと考えられる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、電極の先端部の基体金属がタングステンを主成分とし、易電子放射物質を含有することを特徴としている。気密室内の易電子放射物質が電極先端にたどり着くには、数１０から数１００時間を要するため、基体金属に易電子放射物質が含まれていない場合、あらかじめ、易電子放射物質を拡散する処理が必要である。電極の先端部の基体金属がタングステンを主成分とし、易電子放射物質を含有することによって、電極の動作初期は従来型の電極としてはたらき、その易電子放射物質の枯渇する前に気密室内からの易電子放射物質が先端に運ばれるようにすることで、安定した易電子放射物質の供給が保証できる。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、密閉された光透過性の容器と、容器内に対向する電極を備え、これらの電極が光透過性容器に気密に封着された封着部を介して電気的に接続された放電ランプにおいて、該電極のうち、陰極動作する電極は、易電子放射物質を含有した高融点金属の基体からなり、電極内に気密に保たれた気密室を備え、基体から易電子放射物質を誘因する誘因性物質を気密室内に封入し、該気密室内には誘因性物質の未充填の空間が存在することを特徴とする。
【００２２】
易電子放射物質を含有した高融点金属から、酸化物になっている易電子放射物質を還元し、気密室内に易電子放射物質を誘因する物質が気密室内にあると、気密室の内表面近くの領域ではこの還元が起こり、酸化物より蒸気圧の高い金属となって、気密室内に導入される。
【００２３】
たとえば易電子放射物質としてLa2O3（ランタンの酸化物）を含有したタングステンの場合、誘因する物質として、たとえばカルシウムを封入すると、高温では気密室の内表面近くの領域のLa2O3は還元され、蒸気圧の高い金属ランタンとなり、気密室内に蒸気が充満し、易電子放射物質を気密室に封入した場合と同様の作用を起こすことができる。
【００２４】
誘因する物質すなわち還元する物質が炭素の場合、ランタンとともに一酸化炭素が生成するが、これは再び基体金属中に炭素と酸素に解離し、タングステン中に固溶すると考えられる。タングステン中の酸素の拡散係数は大きいため、酸素は電極外に放出される。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、前記の誘因性材料としてカルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、ジルコニウム、ハフニウム、炭素のいずれかから選択される元素を含む材料から選択したことを特徴とする。これらの元素は誘因性物質として有効に働き、かつ、気密室を構成するタングステンなどとの反応性が小さいので、気密室を安定に保つことができる。
【００２６】
請求項６に記載に発明は、気密に封入する物質がヨウ素、臭素、塩素のいずれかを含むことを特徴とする。これらのハロゲンは、易電子放射物質の蒸気圧を高め、気密室内の易電子放射物質の輸送量を大きくできるため、気密室の電極先端直下部分の吸着層を安定に保つことができる。また、これら易電子放射物質のハロゲン化物の蒸気圧が高いため、電極の先端部より離れた、比較的温度の低い部分からも易電子放射物質が供給でき、易電子放射物質の供給できる総量を大きくできる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、気密室内に気密空間を支える構造を設けることを特徴とする。柱状の支柱、コイル状の円筒、網状の円筒、スポンジ状などの気密空間を支える構造によって、電極先端が高温になり、長時間動作で気密室が変形するのを防止し、気密室を一定の形状に保つことができるので、易電子放射物質の供給量を安定に保つことができる。構造材料としては難焼結性の炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化タンタル、タングステンを主成分としたものを使うことができる。
【００２８】
本発明の電極に関し、さらに好ましい条件を述べる。まず、気密室が電極先端の直下から電極の軸方向に伸び、軸に垂直な断面の直径より長く伸びた構造とすることが好ましい。気密室が縦長であることによって、より多くの易電子放射物質が深部から供給されるため、供給量を多くできる。また、電極後部の温度は先端部より低く、安定している。これは、電極先端近くは温度勾配がおよそ１０００Ｋ／ｍｍもあり、少しの位置のずれが大きな温度差になり、最冷点の温度による蒸気圧の制御が難しいためであり、蒸気圧を安定にコントロールできる。
【００２９】
また、電極先端と電子放射性の物質を封入した内室部の最小長さが０．１mm以上、３．０mm以下であることが望ましい。電極先端と電子放射性の物質を封入した内室部の最小長さが０．１mm未満では、動作中の高融点金属の蒸発によって、気密を保つのが困難になる。一方、電極先端と電子放射性の物質を封入した内室部の最小長さが３．０mmを超えると、易電子放射物質の濃度勾配が小さくなり、易電子放射物質の供給量が十分でなくなると考えられる。
【００３０】
電極を構成する高融点金属材料が多結晶体からなり、電極先端部分の軸方向の結晶粒の大きさＳと断面方向の結晶の大きさWについて、Ｓ／W＞1であるようにすることが好ましい。易電子放射物質の供給は、電極先端直下の高融点金属材料内の拡散によって律速されると考えられる。粒界拡散は粒内拡散より速いので、粒界拡散を使うと供給量を増やすことができる。Ｓ／W＞1であると、拡散に関与する粒界が多くなるため供給量を増やすことができる。
【００３１】
また、電極先端と気密室の間の高融点金属をおよそ単結晶とすることもできる。
極端にアーク安定度が必要な用途の場合、点灯時間とともに電極先端と気密室の間の高融点金属が多結晶体であると結晶が時間とともに成長し、粒界拡散の拡散路が減るため、供給量も減ってくる。単結晶では時間とともに供給量が変動しないので、安定した供給ができる。ただし、供給量は多結晶体に比べて少ないので、先端厚さ、すなわち電極先端と電子放射性の物質を封入した内室部の最小長さ、を薄くする必要がある。
【００３２】
電極を構成する高融点金属材料はタングステンが主成分であることが望ましい。
タングステンは融点が高いため、高温まで使用でき、易電子放射物質とともに電子放射のための単原子層を形成し、良好な電子放射特性を実現できる。また、蒸気圧が低いので、長い時間、電極の損耗を低減できる。
【００３３】
電極の先端部の基体金属がタングステンを主成分とし、レニウムを含有することが好ましい。基体金属にレニウムを含有すると、電子放射の特性が改善されるため、より長時間にわたり、電極の損耗を低減できる。
【００３４】
電極の先端部の基体金属がタングステンを主成分とし、１００重量ppmまでのカリウムを含有することが好ましい。電極先端部にカリウムを微量ドープすることによって、先端部のタングステン多結晶体の粒界を安定に保つことができ、粒界拡散による拡散路を安定に保つことができる。
【００３５】
電極の先端部は多結晶体からなり、結晶粒の断面方向の平均粒子径は１００μm以下にすることが好ましい。電極先端部において、粒界拡散による易電子放射物質の輸送量を多くすることができる。
【００３６】
先端部に穴を備え、穴の底から薄い壁を隔てて気密室がある構造とすることもできる。穴の底と気密室の隔壁の位置により、隔壁の温度、隔壁の厚さをコントロールし、隔壁内を拡散する易電子放射物質の量を最適に保つことができる。穴の底から電極先端への易電子放射物質の輸送は速いため、隔壁内の拡散が律速となり、易電子放射物質の供給量を一定に保つことができる。隔壁が先端に比べ低い温度に置かれるため、隔壁の変形を抑えることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、電極先端に、長い時間にわたって、およそ一定の割合で易電子放射物質を供給でき、長い時間にわたって、電子放射を安定的に維持できるため、安定したアークが維持できるため、放射照度の安定した光源を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１に本発明の典型的な放電ランプ１０の概略図を示す。密閉された光透過性
の容器２と、該容器２内に対向する一対の陰極３と陽極４の２つの電極を備え、
これらの電極が光透過性容器２に気密に封着された封着部５を介して外部と電気
的に接続された放電ランプ１０である。図２に電極の拡大図を示すが、陰極動作
する電極、ここでは陰極３は、高融点金属基体６０の内部に気密室２０を備え、
その気密室２０内に易電子放射物質３０を封入し、気密室２０内には易電子放射
物質３０が充填されていない未充填の空間４０が存在している。気密室内は真空
または微量の希ガスが封入されている。記号５０は気密封止部であり、例えばレ
ーザ溶接して封止される。記号７０は電極を支える電極芯棒（不図示）を挿入す
る電極芯棒用の穴である。
【００３９】
そして、易電子放射物質の１つの成分がスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、ガドリニウム、バリウム、トリウムのいずれかから選択される。
【００４０】
あるいは、図１と同じ構成の放電ランプにおいて、密閉された光透過性の容器
と、容器２内に対向する一対の陰極３´と陽極４´の２つの電極を備え、これら
の電極が光透過性容器２に気密に封着された封着部５を介して電気的に接続され
た放電ランプにおいて、図３に電極の拡大図を示すが、陰極動作する電極、ここ
では陰極３´は、易電子放射物質を含有した高融点金属の基体６１からなり、電
極内に気密に保たれた気密室２１を備え、該基体６１から易電子放射物質を引き
寄せる誘因性物質３１を気密室２１内に封入し、気密室２１内には誘因性物質３
の未充填の空間４１が存在する。記号５１は気密封止部であり、例えばレーザ溶
接して封止される。記号７１は電極を支える電極芯棒（不図示）を挿入する電極
芯棒用の穴である。
【００４１】
誘因性物質としてカルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、ジルコニウム、ハフニウム、炭素のいずれかから選択される元素が選ばれる。気密室２１に封入する物質がヨウ素、臭素、塩素のいずれかを含むこともある。また、気密室２１内に気密空間を支える構造、例えば図６は気密室内の支持構造の例を示す図であるが、図６（ａ）のように、変形に強いノンサグ-タングステン線８０で支柱を作る、あるいは、図６（ｂ）のように、ノンサグ-タングステン線８０でコイルを作る、あるいは、図６（ｃ）のように、ノンサグ-タングステン線８０で網状の円筒を作るなどして、気密室２１を支える構造とすることも可能であり、あるいは、炭化ジルコニウムの通気性のあるスポンジ状焼結体９０を支持体として設けることも可能である。そして、電極の先端部の基体金属がタングステンを主成分とし、易電子放射物質を含有する。
【００４２】
ここで、気密室の製作方法の概略を示す。
図４は気密室の製作方法の各段階を示す。図４（ａ）は機械加工の段階であり、円柱状の高融点金属基材６０の先端を円錐加工し、円錐加工した側とは反対側から電極芯棒用の穴７０とそれに続く気密室用の穴２０ａの穴加工をする。穴加工は放電加工によって行う。気密室用の穴２０ａは電極先端近くまで穴を開ける。気密室の電極先端近くの底部の面精度は、易電子放射物質の拡散の均一性を保証するために均一性を要求される。
【００４３】
図４（ｂ）は易電子放射物質の詰め加工の段階であり、易電子放射物質３０を気密室用の穴２０ａに詰め、高融点金属製の仮詰め栓６５を気密室用の穴２０ａの開口部に詰める。
【００４４】
図４（ｃ）はレーザ封止段階であり、電極芯棒用の穴７０の開口側からレーザ照射し、仮詰め栓６５を溶解して封止する。図中はまだ仮詰め栓６５が残っている途中の状態を示す。
【００４５】
図５は本発明の放電ランプの電極構造において、易電子放射物質の輸送がどのようになされるかを説明する図である。なお、電極芯棒用の穴は省略してある。
以下のように易電子放射物質の輸送は進むと考えられる。
（１） 陰極３内の気密室２０内の易電子放射物質３０の一部が蒸発し易電子放射物質の蒸気３０ａとなる。
（２） 気密室２０内表面は易電子放射物質の蒸気３０ａが吸着し、気密室内吸着層３０ｂを形成する。
（３） 電極先端直下の気密室内吸着層３０ｂから電極先端に向かって固体内拡散（図中のＤ）により易電子放射物質３０が運ばれる。易電子放射物質３０の濃度勾配が一定になるため、易電子放射物質３０の輸送速度も一定になる。
（４） 固体内拡散により運ばれた易電子放射物質は易電子放射物質単原子層３０ｃになり、仕事関数を下げることで、良好な電子放出をする。
（５） 易電子放射物質単原子層３０ｃは高温のため、徐々に蒸発し損耗する（図中のＬ）。
【実施例１】
【００４６】
以下に、本発明の具体的な実施例を示す。ランプの全体形状は図１に示した通りである。図２は、前述で概略説明したが、陰極動作する電極の拡大断面図である。高融点基体金属６０として、1重量％のランタン酸化物を含有した直径１５mmの棒状のタングステン材料を用いた。陰極先端は先端径１．２mm、先端角８０度の円錐台状に加工され、先端から１．０mmの位置に、先端直下より軸にそって下方に伸びた直径１．０mm、長さ８mmの気密室２０が設けられ、その中に易電子放射物質３０として、ランタン片を約５．０mg封入した。封入は仮止めのタングステン栓（不図示）に、後部よりYAGレーザ光を栓に照射し、一部を融解することで行った。
【００４７】
上記の陰極を用いて、ランプ入力４．３ｋＷ、極間距離５．０ｍｍの超高圧水銀ランプを作製した。アークの安定性は電圧の揺らぎf（％）で評価した。電圧の揺らぎf（％）は、少なくとも３０分以上点灯して熱的に安定した後、1分間のランプ電圧の最大値Vmaxと最小値Vminとして、次式で定義される。
【００４８】
f  =（Vmax−Vmin）／Vmax）×  100  （％）
【００４９】
初期の揺らぎfは１％〜２％である。アークが不安定になると揺らぎfが３％を超えるようになる。電圧の揺らぎをモニターし、揺らぎfが３％を超えるとアーク不安定と判定した。
【００５０】
従来の２％トリウム酸化物含有タングステンを用いた陰極を使用した同型ランプでは、アーク不安定になるのは８００〜１２００時間の間であった。従来の陰極とは陰極自体が２％のトリウム酸化物が均一に混入している陰極のことである。本発明のランプを評価したところ、１５００時間までアークは安定していた。また目視によりアークスポットの形態を観察しても、アークのゆれなどの不安定現象は観察されず、安定していた。本例は直流点灯ランプの陰極に適用した例であるが、本発明の電極はこれに限定されるものではなく、陰極動作する電極に適用されるので、交流点灯の電極としても適用できることはもちろんである。
【実施例２】
【００５１】
ランプの全体形状は図１に示した通りである。図２において、陰極動作する電極の高融点基体金属６０として、1重量％のランタン酸化物を含有した直径１２mmの棒状のタングステン材料を用いた。陰極先端は先端径１．２ｍｍ、先端角６０度の円錐台状に加工され、先端から１．５ｍｍの位置に、先端直下より軸にそって下方に伸びた直径０．８ｍｍ、長さ２０ｍｍの気密室２０が設けられ、その中に易電子放射物質として、ヨウ化ランタンを２．０ｍｇ封入した。上記の陰極を用いて、ランプ入力４．３ｋＷ、極間距離５．２ｍｍの超高圧水銀ランプを作製した。
【００５２】
従来の２％トリウム酸化物含有タングステンを用いた陰極を使用した同型ランプでは、アーク不安定になるのは８００〜１２００時間の間であった。本発明のランプを評価したところ、１５００時間までアークは安定していた。また目視によりアークスポットの形態を観察しても、アークのゆれなどの不安定現象は観察されず、安定していた。
【実施例３】
【００５３】
ランプの全体形状は図１に示した通りである。図２において、陰極動作する電極の高融点基体金属６0として、1重量％のセリウム酸化物を含有した直径１０mmの棒状のタングステン材料を用いた。陰極先端は先端径１．０mm、先端角４５度の円錐台状に加工され、先端から０．５mmの位置に、先端直下より軸にそって下方に伸びた直径０．６mm、長さ８mmの気密室２０が設けられ、その中に易電子放射物質として、イットリウム片を約５．０mg封入した。上記の陰極を用いて、ランプ入力２．５ｋＷ、極間距離４．７mmの超高圧水銀ランプを作製した。
【００５４】
従来の２％トリウム酸化物含有タングステンを用いた陰極を使用した同型ランプでは、アーク不安定になるのは１５００〜２０００時間の間であった。本発明のランプを評価したところ、２０００時間までアークは安定していた。また目視によりアークスポットの形態を観察しても、アークのゆれなどの不安定現象は観察されず、安定していた。
【実施例４】
【００５５】
ランプの全体形状は図１に示した通りである。図２において陰極動作する電極の高融点基体金属として、純度９９．９%以上の直径１０mmの棒状のタングステン材料を用いた。陰極先端は先端径１．０mm、先端角４５度の円錐台状に加工され、先端から０．５mmの位置に、先端直下より軸にそって下方に伸びた直径0.6mm、長さ１０mmの気密室２０が設けられ、その中に易電子放射物質として、ランタン片を約５．０mg封入した。さらに拡散のため、２４００℃で２４時間、真空中で熱処理し、易電子放射物質の拡散を行った。上記の陰極を用いて、ランプ入力２．５kW、極間距離４．７mmの超高圧水銀ランプを作製した。
【００５６】
従来の２％トリウム酸化物含有タングステンを用いた陰極を使用した同型ランプでは、アーク不安定になるのは１５００〜２０００時間の間であった。本発明のランプを評価したところ、２０００時間までアークは安定していた。また目視によりアークスポットの形態を観察しても、アークのゆれなどの不安定現象は観察されず、安定していた。
【実施例５】
【００５７】
ランプの全体形状は図１に示した通りである。図３において、陰極動作する電極の高融点基体金属６１として、２重量％のイットリウム酸化物を含有した直径８mmの棒状のタングステン材料を用いた。陰極先端は先端径０．８mm、先端角４０度の円錐台状に加工され、先端から１．５mmの位置に、先端直下より軸にそって下方に伸びた直径１．０mm、長さ１０mmの気密室２１が設けられ、その中に易電子放射物質を誘因する物質として、カルシウム２．０mgを封入した。上記の陰極を用いて、ランプ入力２．０kW、極間距離４．４mmの超高圧水銀ランプを作製した。
【００５８】
従来の２％トリウム酸化物含有タングステンを用いた陰極を使用した同型ランプでは、アーク不安定になるのは８００〜１２００時間の間であった。本発明のランプを評価したところ、１５００時間までアークは安定していた。また目視によりアークスポットの形態を観察しても、アークのゆれなどの不安定現象は観察されず、安定していた。
【実施例６】
【００５９】
ランプの全体形状は図１に示した通りである。図３において、陰極動作する電極の高融点基体金属６１として、２重量％のトリウム酸化物を含有した直径２０mmの棒状のタングステン材料を用いた。陰極先端は先端径１．８mm、先端角６０度の円錐台状に加工され、先端から１．０mmの位置に、先端直下より軸にそって下方に伸びた直径１．２mm、長さ８mmの気密室２１が設けられ、その中に易電子放射物質を誘因する物質として炭素を導入するため、表面に約３０μmの炭化層が存在する直径０．８φ長さ４．０mmのタングステン棒を封入した。上記の陰極を用いて、ランプ入力８．０kW、極間距離７．２mmの超高圧水銀ランプを作製した。
【００６０】
従来の２％トリウム酸化物含有タングステンを用いた陰極を使用した同型ランプでは、アーク不安定になるのは８００〜１０００時間の間であった。本発明のランプを評価したところ、１０００時間までアークは安定していた。また目視によりアークスポットの形態を観察しても、アークのゆれなどの不安定現象は観察されず、安定していた。
【実施例７】
【００６１】
ランプの全体形状は図１に示した通りである。図３において、陰極動作する電極の高融点基体金属６１として、２重量％のトリウム酸化物を含有した直径１２mmの棒状のタングステン材料を用いた。陰極先端は先端径１．８mm、先端角５０度の円錐台状に加工され、先端から２．５mmの位置に、先端直下より軸にそって下方に伸びた直径１．２mm、長さ２０mmの気密室２１が設けられ、その中に易電子放射物質を誘因する物質として臭化マグネシウムを２．０mg封入した。上記の陰極を用いて、ランプ入力4.5kW、極間距離６．２mmの超高圧水銀ランプを作製した。
【００６２】
従来の２％トリウム酸化物含有タングステンを用いた陰極を使用した同型ランプでは、アーク不安定になるのは７５０〜９００時間の間であった。本発明のランプを評価したところ、１０００時間までアークは安定していた。また目視によりアークスポットの形態を観察しても、アークのゆれなどの不安定現象は観察されず、安定していた。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の典型的な放電ランプの部分断面図の概略図である。
【図２】陰極動作する電極の拡大断面図である。
【図３】陰極動作する電極の拡大断面図である。
【図４】気密室の製作方法を示す図である。
【図５】本発明の放電ランプの電極構造において、易電子放射物質の輸送がどのようになされるかを説明する図である。
【図６】気密室内の支持構造の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
２  光透過性の容器
３  陰極
３´  陰極
４  陽極
４´  陽極
５  封着部
１０  放電ランプ
２０  気密室
２０ａ  気密室用の穴
２１  気密室
３０  易電子放射物質
３０ａ  易電子放射物質の蒸気
３０ｂ  気密室内の易電子放射物質の吸着層
３０ｃ  易電子放射物質単原子層
４０  空洞
４１  空洞
５０  気密封止部
５１  気密封止部
６０  高融点金属基体
６１  易電子放射物質を含む高融点金属基体
６５  仮詰め栓
７０  電極芯棒用の穴
７１  電極芯棒用の穴
８０  ノンサグ-タングステン線
９０  炭化ジルコニウムの通気性のあるスポンジ状焼結体
Ｄ  易電子放射物質の固体内拡散
Ｌ  易電子放射物質の損耗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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