(57)【要約】【課題】易電子放射物質が迅速かつ均一に加熱されて安定した電子が放出される陰極を得る。また、多数の陰極が一括して生産できるようにする。【解決手段】高融点金属材をコイル状に巻回してなるフィラメント（５ａ）を設け、該フィラメント（５ａ）の空隙部にアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類、または高融点金属粉末が所定の割合で混入されたアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を塗布・充填し、これを水素炉で加熱・還元活性処理して易電子放射物質（５ｂ）を生成することにより、前記フィラメント（５ａ）の空隙部に易電子放射物質（５ｂ）が充填・固着された陰極を得る。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高融点金属材をコイル状に巻回してなるフィラメント（５ａ）を設け、該フィラメント（５ａ）の空隙部に、アルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類、または高融点金属粉末が所定の割合で混入されたアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を還元活性処理してなる易電子放射物質（５ｂ）が充填・固着されてなることを特徴とする熱陰極型ガス放電管の陰極。
【請求項２】
高融点金属材をコイル状に巻回してなるフィラメント（５ａ）を設け、該導体の空隙部にアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類、または高融点金属粉末が所定の割合で混入されたアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を塗布及び充填した後、約１５００℃〜２０００℃の水素炉に収容し、該水素炉内で前記アルミン酸アルカリ土類を還元活性処理して易電子放射物質（５ｂ）を生成するとともに、該易電子放射物質（５ｂ）を前記フィラメント（５ａ）の空隙部に充填・固着したことを特徴とする熱陰極型ガス放電管の陰極の製造方法。
【請求項３】
高融点金属材からなる円筒状の多孔質導体（１１）の多孔部に、アルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類、または高融点金属粉末が所定の割合で混入されたアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を還元活性処理した易電子放射物質（１２）が含浸されてなる筒状の電子放射筒体（１０）を設け、該電子放射筒体（１０）の内側にヒーター（１３）が嵌合されてなることを特徴とする熱陰極型ガス放電管の陰極。
【請求項４】
多孔質導体（１１）は平均粒径が１μｍ〜８μｍのタングステン粉末を焼成して空孔率５〜５０％としたことを特徴とする請求項３記載の熱陰極型ガス放電管の陰極。
【請求項５】
電子放射筒体（１０−１）の内側に熱及び電気良導性の導体筒（２０）を一体的に設け、該導体筒（２０）の内側にヒーター（１３）が嵌合されてなることを特徴とする請求項３又は４項に記載の熱陰極型ガス放電管の陰極。
【請求項６】
導体筒（２０）の外周に高融点金属材をコイル状に巻回した保持体（２１）が所定ピッチで巻回され、該保持体（２１）の空隙部にアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類、または高融点金属粉末が所定の割合で混入されたアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を還元活性処理した易電子放射物質（１２）が充填・固着されてなる筒状の電子放射筒体（１０−１）を設け、該電子放射筒体（１０−１）の内側にヒーター（１３）が嵌合されてなることを特徴とする熱陰極型ガス放電管の陰極。
【請求項７】
高融点金属材により多孔質かつ筒状の多孔質導体（１１）を設け、該多孔質導体（１１）の外周部にアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類、または高融点金属粉末が所定の割合で混入されたアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を塗布した後、約１５００℃〜２０００℃の水素炉（１５）に収容し、該水素炉内で前記アルミン酸アルカリ土類を還元活性処理して易電子放射物質（１２）を生成するとともに該易電子放射物質（１２）を前記多孔質導体（１１）の多孔部に含浸させてなる筒状の電子放射筒体（１０）を設け、不活性ガス雰囲気下で前記電子放射筒体（１０）の内側にヒーター（１３）を組み込むことを特徴とする熱陰極型ガス放電管の陰極の製造方法。
【請求項８】
導体筒（２０）の外周に高融点金属材をコイル状に巻回してなる保持体（２１）を所定ピッチで巻回し、該保持体（２１）の空隙部にアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類、または高融点金属粉末が所定の割合で混入されたアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を塗布及び充填した後、約１５００℃〜２０００℃の水素炉（１５）に収容し、該水素炉内で前記アルミン酸アルカリ土類を還元活性処理して易電子放射物質（１２）を生成するとともに該易電子放射物質（１２）を前記多孔質導体（１１）の多孔部に含浸させてなる筒状の電子放射筒体（１０−１）を設け、不活性ガス雰囲気下で前記電子放射筒体（１０−１）の内側にヒーター（１３）を組み込むことを特徴とする熱陰極型ガス放電管の陰極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源等に利用される熱陰極型ガス放電管の陰極に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
重水素放電管（重水素ランプ）の陰極に関する研究は古くから行われており、多くの研究成果が報告され、すでにその技術が製品に応用されている。放電管の陰極はタングステン製のフィラメントに電子放射性能が良いBaO、CaO、SrOを主成分とする酸化物（易電子放射物質）がエミッタとして塗布及び充填され、古くから使用されている。また、フィラメントの代わりに熱良導性の円筒の外壁に自由状態で前記円筒外径より小さい内径をもつ二重コイルを複数ターン巻回して密に固定し、ペースト状の酸化物陰極物質を上記二重コイルの１次螺旋内部および２次螺旋内部に塗布及び充填して前記円筒面表面に一様な陰極面を形成し、前記円筒の内側にヒーターを設けて構成するようにしたものがあった（例えば特許文献１参照）。さらに詳述すれば、これら放電管の陰極は次のような過程を経て製作されていた。
【０００３】
放電管の陰極となるフィラメントは、炭酸バリウム(BaCO3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、炭酸ストロンチウム(SrCO3)のような炭酸塩の粉末を、硝化綿を酢酸ブチルのような有機溶剤で溶かしたものをバインダーとしてペースト状にした陰極物質材を形成し、該陰極物質材を上記フィラメントのコイル空隙部、あるいは上記二重コイルの１次螺旋内部および２次螺旋内部に塗布及び充填し、これらを放電管の所定位置に組み込んだ後、該放電管内を高真空にし、次いでフィラメントあるいは加熱用ヒーターに通電して上記陰極物質を加熱し、有機溶剤や硝化綿を気化・蒸発させて除くとともに炭酸塩を分解してBaO、CaO、SrOなどの酸化物（易電子放射物質）に変えて最終的には前記フィラメント全面あるいは前記円筒表面に一様な陰極面を形成したものであった。
【特許文献１】特公昭６２−５６６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のものは、フィラメントに陰極物質を塗布及び充填した後、個々に放電管内に組み込み、該放電管内を高真空にして上記フィラメントに通電し、加熱によって陰極物質を分解・活性化して易電子放射物質（エミッタ）を生成するようにしていたので、製造工程時間が長くなるとともに作業が煩雑となり、生産性が低くなるものであった。また、陰極物質の分解・活性化を放電管内で個々に行うようにしていたので、放電管毎の品質ムラが発生するものであった。本発明は、上記不具合を解消した新規な熱陰極型ガス放電管の陰極及びその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、高融点金属材をコイル状に巻回してなるフィラメントを設け、該フィラメントの空隙部に、アルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類、または高融点金属粉末が所定の割合で混入されたアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を還元活性処理してなる易電子放射物質を充填・固着する構成にしたものである。
請求項２に係る発明は、高融点金属材をコイル状に巻回してなるフィラメントを設け、該導体の空隙部にアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類、または高融点金属粉末が所定の割合で混入されたアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を塗布及び充填した後、約１５００℃〜２０００℃の水素炉に収容し、該水素炉内で前記アルミン酸アルカリ土類を還元活性処理して易電子放射物質を生成するとともに、該易電子放射物質を前記フィラメントの空隙部に充填・固着する構成にしたものである。
請求項３に係る発明は、高融点金属材からなる円筒状の多孔質導体の多孔部に、アルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類、または高融点金属粉末が所定の割合で混入されたアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を還元活性処理した易電子放射物質が含浸されてなる筒状の電子放射筒体を設け、該電子放射筒体の内側にヒーターを嵌合する構成にしたものである。
請求項４に係る発明は、前記多孔質導体は平均粒径が１μｍ〜８μｍのタングステン粉末を焼成して空孔率５〜５０％としたものである。
請求項５に係る発明は、前記電子放射筒体の内側に熱及び電気良導性の導体筒を一体的に設け、該導体筒の内側にヒーターを嵌合させたものである。
請求項６に係る発明は、導体筒の外周に高融点金属材をコイル状に巻回した保持体を所定ピッチで巻回し、該保持体の空隙部に、アルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類、または高融点金属粉末が所定の割合で混入されたアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を還元活性処理した易電子放射物質が充填・固着されてなる筒状の電子放射筒体を設け、該電子放射筒体の内側にヒーターを嵌合する構成にしたものである。
請求項７に係る発明は、高融点金属材により多孔質かつ筒状の多孔質導体を設け、該多孔質導体の外周部にアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類、または高融点金属粉末が所定の割合で混入されたアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を塗布した後、約１５００℃〜２０００℃の水素炉に収容し、該水素炉内で前記アルミン酸アルカリ土類を還元活性処理して易電子放射物質を生成するとともに該易電子放射物質を前記多孔質導体の多孔部に含浸させてなる筒状の電子放射筒体を設け、不活性ガス雰囲気下で前記電子放射筒体の内側にヒーターを組み込む構成にしたものである。
請求項８に係る発明は、導体筒の外周に高融点金属材をコイル状に巻回してなる保持体を所定ピッチで巻回し、該保持体の空隙部にアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類、または高融点金属粉末が所定の割合で混入されたアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を塗布及び充填した後、約１５００℃〜２０００℃の水素炉に収容し、該水素炉内で前記アルミン酸アルカリ土類を還元活性処理して易電子放射物質を生成するとともに該易電子放射物質を前記多孔質導体の多孔部に含浸させてなる筒状の電子放射筒体を設け、不活性ガス雰囲気下で前記電子放射筒体の内側にヒーターを組み込む構成にしたものである。
【発明の効果】
【０００６】
アルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類は、水素炉により還元活性化することで易電子放射物質（エミッタ）に生成することが可能となり、フィラメントのコイル空隙部、あるいは多孔質導体の多孔部に易電子放射物質を有する多数の陰極を一括して得ることができ、ガス放電管を効率よく生産することができる。また、多数の陰極を水素炉により一括して得ることができるので、各陰極の品質、従って各ガス放電管の品質が安定することになる。
また、フィラメントの空隙部や多孔質導体の多孔部に高融点金属を含む易電子放射物質を充填・固着、あるいは含浸させるようにしたので、易電子放射物質内部の電気抵抗値が小さくなるとともに、フィラメントあるいはヒーターにより多孔質導体が加熱されると、易電子放射物質が迅速かつ均一に加熱され、陰極の全表面から安定した電子が放出されることになる。また、陰極の抵抗が小さく、熱的及び電気的に均一となり、放電点が安定し、寿命が長くかつ光度の安定したガス放電管を得ることができる。
また、多孔質導体を平均粒径が１μｍ〜８μｍのタングステン粉末を焼成して空孔率５〜５０％としたので、強度の低下を防止しながら、多孔質導体の多孔部に多量の易電子放射物質を充填・固着させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図面において、図１は本発明が適用されるガス放電管の平面断面図、図２は本発明による陰極の第１実施例を示す部分側面図、図３は図２のＡ部拡大図、図４はアルミン酸アルカリ土類の還元活性処理工程を示す説明用側面図、図５は本発明による陰極の第２実施例を示す縦断面図、図６〜図１０は第２実施例による陰極の製造工程を示し、図６は多孔質導体の外周面にアルミン酸アルカリ土類を塗布した状態の断面図、図７は図６のＣ部拡大断面図、図８はアルミン酸アルカリ土類の還元活性化及び多孔質導体の多孔部への浸透工程を示す説明用断面図、図９は図８の要部拡大断面図、図１０は電子放射筒体へのヒーター取り付け工程を示す説明用断面図、図１１は本発明による陰極の第３実施例を示す縦断面図、図１２は図１１のＤ部拡大断面図、図１３は第３実施例によるアルミン酸アルカリ土類の還元活性化及び多孔質導体の多孔部への浸透工程を示す説明用断面図、図１４は第３実施例による電子放射筒体へのヒーター取り付け工程を示す説明用断面図である。
【０００８】
図１において、１は重水素ランプからなるガス放電管であり、紫外線透過窓３を有する真空気密容器２内に、陽極４、陰極５及び遮蔽電極６が収容され、また、該真空気密容器２内に重水素ガスが充填されている。上記遮蔽電極６は陽極４と陰極５をそれぞれ包囲するとともに、陽極４と紫外線透過窓３との間に位置する隔壁に小孔７が形成されている。上記陰極５は陽極４と上記小孔７を結ぶ線から外れた位置に設けられ、該線と陰極５との間に位置する遮蔽電極６の隔壁にも孔８が形成されている。
【０００９】
そして、上記陰極５を加熱すると共に陰極５と陽極４間に所定の電圧を加えると陰極５から出た電子は孔８、小孔７を通してガスを電離しながら陽極４に達して放電を生ずる。この放電によって生じた陽光柱は小孔７で絞られてその前方に高輝度の点光源を発生するようになっている。
【００１０】
上記陰極５は図２、図３に示すように、高融点金属材、例えば線径約０．４ｍｍのタングステン線を二重コイルにしてなるフィラメント５ａを形成し、該フィラメント５ａのコイル空隙部に、アルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を還元活性処理した易電子放射物質５ｂ（エミッタ）を充填・固着してなる。上記アルミン酸アルカリ土類の還元活性処理は次のようにして行う。即ち、フィラメント５ａのコイル空隙部にアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を塗布及び充填した後、これを乾燥させる。次いで図４に示すように、水素を充填した炉９内に収容して該炉９により約１５００℃〜２０００℃で加熱し、上記アルミン酸アルカリ土類を還元活性処理して易電子放射物質（エミッタ）５ｂを生成するとともに、該易電子放射物質５ｂをフィラメント５ａのコイル空隙部に充填・固着させる。
【００１１】
図５は陰極５の第２実施例を示す。図５において、１０は電子放射筒体、１３は該電子放射筒体１０の内側に取り付けた加熱用のヒーターである。上記電子放射筒体１０は、多孔質の筒状に形成された多孔質導体１１と、該多孔質導体１１の多孔部に含浸された易電子放射物質１２とからなる。即ち、平均粒径が１μｍ〜８μｍのタングステン粉末を焼成して空孔率が５〜５０％、外径約１．８ｍｍ、内径約１．４ｍｍ、長さ約１０ｍｍとなる多孔質導体１１を形成し、該多孔質導体１１の多孔部（空隙部）にアルミン酸アルカリ土類を含浸させて還元活性処理した易電子放射物質１２を含浸させてなる。上記アルミン酸アルカリ土類は、アルミン酸バリウム、アルミン酸ストロンチウム、アルミン酸カルシウム等からなり、本例ではアルミン酸バリウムを主成分としている。
【００１２】
上記陰極５は図６〜図１０に示すようにして形成される。まず、アルミン酸アルカリ土類（アルミン酸バリウム）の粉末と酢酸ブチル、酢酸イソアミル等の有機溶剤に硝化綿を溶かしたバインダーとを所定の割合で混ぜ合わせてペースト状にし、これを図６、図７に示すように、多孔質導体１１の外周面全面に所定の厚さで略均一に塗布する。次いで、上記塗布した多孔質導体１１を図８に示すように、水素を充填した炉１５内に収容して該炉１５により約１５００℃〜２０００℃で加熱し、上記アルミン酸バリウムを溶解するとともに還元活性処理して易電子放射物質１２を生成するとともに、該易電子放射物質１２を図９に示すように多孔質導体１１の多孔部に含浸させて円筒状の電子放射筒体１０を形成する。
【００１３】
次いで、図１０に示すように、上記電子放射筒体１０、ヒーター１３を窒素ガス等の不活性ガスを封入したグローブボックス１６内に収容し、該グローブボックス１６内で上記ヒーター１３を電子放射筒体１０内に嵌合させるとともに、ホルダー（通電用の線材）１４を介して電子放射筒体１０に溶接固定し、前述した陰極５を構成する。この陰極５は不活性ガス雰囲気中で保管しておき、必要に応じて前述した陽極４、遮蔽電極６とともにガス放電管（重水素ランプ）１の真空気密容器２内に組み込み、該真空気密容器２内に所定のガス（重水ガス）を封入して所定仕様のガス放電管１を得る。なお、前述した多孔質導体１１は、モリブデン、タンタル等、アルミン酸バリウムを焼結し還元活性化する温度に耐える高融点金属材に替えてもよい。なお、前述した易電子放射物質（エミッタ）５ｂ、１２は、タングステン粉末、モリブデン粉末等の高融点金属粉末が所定の割合で混入されたアルミン酸アルカリ土類を還元活性処理して形成するようにしてもよい。
【００１４】
図１１は陰極５の第３実施例を示す。図１１において、１０−１は電子放射筒体であり、熱及び電気良導性の導体筒２０の外周にコイルからなる保持体２１を巻き付け、該保持体２１を介して上記導体筒２０の外周部に多孔質導体１１に含浸した易電子放射物質１２を取り付けてなる。即ち、モリブデンにより、外径約１．６ｍｍ、内径約１．４ｍｍ、長さ約１０ｍｍとなる導体筒２０を形成し、該導体筒２０の外周に、線径約０．４ｍｍのタングステン線を二重コイルにしてなる保持体２１を螺旋状に密着巻きする。
【００１５】
次いで、粒径約３μｍのタングステン粉末とアルミン酸バリウム粉末とを体積比約８：２の割合で略均一に混合したものを前述と同様にしてペースト状にし、これを導体筒２０の外周に塗り付けて上記保持体２１の空隙部に充填する。次いで、これらを図１３に示すように、水素を充填した炉１５内に収容して該炉１５により約１５００℃〜２０００℃で加熱し、図１２に示すように、上記タングステン粉末を焼結して多孔質導体１１を得るとともに、該多孔質導体１１の多孔部内で上記アルミン酸バリウム粉末を還元活性処理して易電子放射物質１２を得る。
【００１６】
次いで、図１４に示すように、上記電子放射筒体１０−１、ヒーター１３を窒素ガス等の不活性ガスを封入したグローブボックス１６内に収容し、該グローブボックス１６内で上記ヒーター１３を電子放射筒体１０内に嵌合させるとともに、ホルダー（通電用の線材）１４を介して電子放射筒体１０に溶接固定し、これにより陰極５を構成する。この陰極５は前述と同様に、不活性ガス雰囲気中で保管しておき、必要に応じて陽極４、遮蔽電極６とともにガス放電管（重水素ランプ）１の真空気密容器２内に組み込み、該真空気密容器２内に所定のガス（重水ガス）を封入してガス放電管１を得る。なお、前述した保持体２１は、タングステン線コイルに換え、導体筒２０の外周に多数のフィン、あるいは溝を形成するようにしてもよい。また、前記タングステン粉末は、モリブデン、タンタル等、アルミン酸バリウムを還元活性化する温度に耐える高融点金属材に替えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明が適用されるガス放電管の平面断面図である。
【図２】本発明による陰極の第１実施例を示す部分側面図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】アルミン酸アルカリ土類の還元活性処理工程を示す説明用側面図である。
【図５】本発明による陰極の第２実施例を示す縦断面図である。
【図６】多孔質導体の外周面にアルミン酸アルカリ土類を塗布した状態の断面図である。
【図７】図６のＣ部拡大断面図である。
【図８】アルミン酸アルカリ土類の還元活性化及び多孔質導体の多孔部への浸透工程を示す説明用断面図である。
【図９】図８の要部拡大断面図である。
【図１０】電子放射筒体へのヒーター取り付け工程を示す説明用断面図である。
【図１１】本発明による陰極の第３実施例を示す縦断面図である。
【図１２】図１１のＤ部拡大断面図である。
【図１３】第３実施例による、アルミン酸アルカリ土類の還元活性化及び多孔質導体の多孔部への浸透工程を示す説明用断面図である。
【図１４】第３実施例による、電子放射筒体へのヒーター取り付け工程を示す説明用断面図である。
【符号の説明】
【００１８】
１    ガス放電管
２    真空気密容器
３    紫外線透過窓
４    陽極
５    陰極
５ａ  フィラメント
５ｂ  易電子放射物質
６    遮蔽電極
７    小孔
８    孔
１０（１０−１）    電子放射筒体
１１    多孔質導体
１２    易電子放射物質
１３    ヒーター
１４    ホルダー
１５    炉
１６    グローブボックス
２０    導体筒
２１    保持体（コイル）
【図１】
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【図２】
2005093310.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005093310.tif 000011
【図１０】
2005093310.tif 000012
【図１１】
2005093310.tif 000013
【図１２】
2005093310.tif 000014
【図１３】
2005093310.tif 000015
【図１４】
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