(57)【要約】    【課題】  グロー放電からアーク放電に移行させて点灯させる超高圧放電灯において、光出力の安定性を向上させる。    【解決手段】  陰極は高融点金属材料製の基体に、易電子放出物質を含有させた多孔質高融点金属材料で製作された陰極本体をその先端が基体よりも突出するように結合して構成する。陰極の先端部分は立体角が５０°以上の尖頭状に形成し、陰極の胴部にはグロー放電用コイルを外嵌する。放電ガス中のグロー放電開始用希ガスの圧力は１０１×１０3Ｐａ（７６０ｔｏｒｒ）以下するのが好ましく、又陰極の先端立体角は５０°以上とするのが好ましい。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水銀及び希ガスを封入した放電雰囲気中に陰極と陽極を対向させ、グロー放電からアーク放電に移行させて点灯させるようにしたガス放電灯において、
上記陰極は高融点金属材料製の基体に、易電子放出物質を含有させた多孔質高融点金属材料で製作された陰極本体をその先端が基体よりも突出するように結合して構成され、上記陰極の先端部分は尖頭状に形成され、上記陰極にはグロー放電用コイルが外嵌されていることを特徴とするガス放電灯。
【請求項２】
上記グロー放電用コイルはその先端側の少なくとも一巻きが上記陰極の尖頭状部分上に張り出されている請求項１記載のガス放電灯。
【請求項３】
上記希ガスの圧力が１０１×１０3Ｐａ（７６０ｔｏｒｒ）以下である請求項１記載のガス放電灯。
【請求項４】
上記陰極の先端部分は立体角が５０°以上の尖頭状に形成されている請求項１記載のガス放電灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス放電灯に関し、特に光出力の安定性を向上させるようにしたガス放電灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、各種の検査機器、投影機器、光化学反応機器等の光源にはガス放電灯がよく採用されている。このガス放電灯は陰極と陽極とを対向させて放電ガス中に封入し、陰極と陽極との間にアーク放電を行わせることにより点灯させるようになっている。
【０００３】
この種のガス放電灯にはグロー放電からアーク放電に移行させて点灯を行う超高圧放電灯、例えば超高圧水銀ランプがある（特許文献１、特許文献２、等参照）。この種の超高圧放電灯の陰極はトリウムを２％程度ドープした高融点金属材料、例えばタングステンやモリブデンを用い、先端部分を鋭利にした尖頭状に製作され、陰極に例えばタングステン製のグロー放電用コイルを外嵌した構造となっている。
【特許文献１】特開平０２−６１９５７号公報
【特許文献２】特開平１１−３５４０７７号公報
【０００４】
上述のトリウムドープ陰極は融点が高いことから、ランプ始動時に陰極先端がグロー放電による高温に曝されても電極消耗が少ないという利点を有し、産業用ランプの陰極としてよく使用されてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の超高圧放電灯ではトリウムドープ陰極を用いているので、陰極の電子放出能力が低く、光出力が変動し、その安定性があまりよくないという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑み、トリウムドープ陰極の欠点である光出力の安定性を向上させることができるようにしたガス放電灯を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明に係るガス放電灯は、水銀及び希ガスを封入した放電雰囲気中に陰極と陽極を対向させ、グロー放電からアーク放電に移行させて点灯させるようにしたガス放電灯において、上記陰極は高融点金属材料製の基体に、易電子放出物質を含有させた多孔質高融点金属材料で製作された陰極本体をその先端が基体よりも突出するように結合して構成され、上記陰極の先端部分は尖頭状に形成され、上記陰極にはグロー放電用コイルが外嵌されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の特徴の１つは易電子放出物質を含有させた多孔質陰極を用い、この多孔質陰極にグロー放電開始用のコイルを外嵌させるようにした点にある。これにより、陰極の電子放出能力がアップするので、ガス放電灯の光出力を安定化させることができる。
【０００９】
ところで、放電雰囲気中の希ガスの圧力及び陰極の立体角はこの種のガス放電灯におけるグロー放電の円滑な開始、及びグロー放電からアーク放電への円滑な移行に密接に関係する。従来のトリウムドープ陰極では陰極の先端部分を鋭利の尖頭状（例えば、１００Ｗガス放電灯の場合には立体角３０°程度である）であることから、グロー放電の最中に不安定なアーク放電が開始されてしまうことがあった。また、陰極の先端立体角が大きい場合であっても、希ガスの圧力が１０１×１０3Ｐａ（７６０ｔｏｒｒ）よりも高いと、同様にグロー放電の最中に不安定なアーク放電が開始されてしまうことがあった。
【００１０】
本発明では易電子放出物質を含む多孔質陰極を用いているので、陰極の電子放出能力が高く、陰極の先端立体角が大きな立体角であっても、安定したアーク放電を行わせることができる。また、放電雰囲気中の希ガスの圧力を１０１×１０3Ｐａ（７６０ｔｏｒｒ）以下としているので、陰極の先端部分の立体角が５０°以上の大きな立体角であっても、グロー放電からアーク放電に円滑に移行させることができる。
【００１１】
つまり、希ガスの圧力は１０１×１０3Ｐａ（７６０ｔｏｒｒ）以下であるのが望ましく、又陰極の先端部分は立体角が５０°以上の尖頭状に形成されているのが好ましい。
【００１２】
希ガスの圧力は１０１×１０3Ｐａ（７６０ｔｏｒｒ）以下であれば自由に選択できる。また、陰極の先端立体角は希ガスの圧力とも関係するが、５０°以上、好ましくは６５°以上、さらに好ましくは７５°以上であるのが好ましい。
【００１３】
グロー放電用コイルは陰極の胴部（尖頭部分に続く部分）に外嵌させるが、比較的熱に弱い多孔質陰極先端にグロー放電が入り、高温に曝されるのを抑制し軽減する上で、グロー放電用コイルの先端側の少なくとも１巻きを陰極の尖頭テーパー部分上に張り出させるのが好ましい。
【００１４】
陰極本体は基体に結合されていればよく、例えば基体の平坦状の先端面に陰極本体の平坦状の後端面を適切な接合材を用いて接合した構造としてもよく、又基体の先端面に嵌込み凹部を形成し、この嵌込み凹部に陰極本体を嵌入し、必要に応じて接合材で接合した構造としてもよく、又基体の凸状の先端面に陰極本体の凹状の後端面を嵌入し、必要に応じて適切な接合材で接合した構造としてもよく、さらには基体の中心に貫通穴を形成し、そこに棒状の陰極本体を挿通した構造としてもよい。
【００１５】
陰極の尖頭部分の立体形状は角錐状でもよいが、アーク放電が円滑に行われるように、円錐状とするのが好ましい。角錐状の場合、陰極先端の立体角は中心線と角錐の面との間の角度から求めるようにする。
【００１６】
陰極本体及び基体を構成する高融点金属材料にはタングステンやモリブデン等、この種のガス放電灯で使用されている高融点金属材料を用いることができる。
【００１７】
また、陰極本体に含有させる易電子放出物質にはこの種のガス放電灯で使用されている物質、例えばバリウム、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属の酸化物を一種又は二種以上の混合物、これらに酸化アルミニウムを添加したものを用いることができる。
【００１８】
さらに、陰極本体は易電子放出物質を含有させた多孔質高融点金属材料で構成され、先端部分が尖頭状に形成されていればその製造方法は特に限定されない。例えば、この陰極本体は高融点金属材料の粉体と易電子放出物質の粉体とを混合して焼結してもよく、高融点金属材料の粉体を焼結し、焼結体に易電子放出物質を含浸させるようにしてもよい。特許請求の範囲において「易電子放出物質を含有させた多孔質高融点金属材料で製作され」とはこのことを意味している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１ないし図３は本発明に係るガス放電灯の好ましい実施形態を示し、これは１００Ｗ高圧水銀ランプに適用した例である。ガス放電灯では例えば透明石英ガラス製のバルブ１０の両端に陰極口金１１及び陽極口金１２が設けられ、又バルブ１０の中間にはガス封入部１７が形成され、ガス封入部１７内には例えば水銀２０ｍｇとグロー放電始動用の希ガスであるアルゴンガス２６６×１０2Ｐａ（２００ｔｏｒｒ）とが封入されている。
【００２０】
バルブ１０のガス封入部１７には陰極１４と陽極１３とが相互に対向して配設されてバルブ１０に支持され、陰極１４及び陽極１３は接続金属導体、例えばモリブデン箔１６、１５によって口金１１、１２の外部端子に接続されており、外部端子間に電圧を印加することによって陰極１４と陽極１３との間にグロー放電が起こり、水銀が蒸発した時にグロー放電からアーク放電に移行し、アーク放電が維持されるようになっている。
【００２１】
陽極は例えばタングステンを用いて断面ほぼ円形の棒状に製作されている。また、陰極１４は陰極本体１４０と基体１４１とから構成され、基体１４１は高融点金属材料、例えばモリブデンを用いて製作されている。この基体１４１は全体が例えば１．８ｍｍ径の断面ほぼ円形の棒状をなし、先端部は円錐台状にテーパー加工され、その先端面には嵌込み凹部１４１Ａが凹設されている。
【００２２】
陰極本体１４０は例えば易電子放出物質、例えばバリウムを含有する多孔質高融点金属材料、例えば多孔質タングステンを用いてほぼ円柱状に製作され、先端部分は円錐尖頭状にテーパー形成されている。この陰極本体１４０は基体１４１の嵌込み凹部１４１Ａ内に嵌め込まれて固定され、こうして陰極１４の先端部分は円錐尖頭状に形成されている。
【００２３】
また、基体１４１の胴部（円柱状部分）の先端部位にはグロー放電用コイル１４２が外嵌されて固定され、この放熱コイル１４２はタングステンを用いてほぼ１．８ｍｍ径に製作され、放熱コイル１４２の先端側の１巻きは陰極１４の尖頭状の部分に張り出されている。
【００２４】
本例の陰極の製造方法の１例について説明する。本例の陰極を製造する場合、例えば平均粒径３μｍのタングステンの粉末とエミッターである酸化バリウムと酸化アルミニウムの混合粉末とを体積比で４：１で混合し、モリブデンにプレス型を製作して混合粉末を埋め込み、プレスする。
【００２５】
その後、混合粉末とモリブデンとを所定の陰極形状に切削加工し、この陰極素形材の先端部位に放熱コイル１４２を取付ける。これを水素雰囲気の電気炉にて１７５０°Ｃに昇温し、酸化バリウムと酸化アルミニウムを還元活性すると、本例の陰極が得られる。その後は通常の製造方法と同様にしてガス放電灯を製作する。
【００２６】
本例の陰極（図４の(a)）及びトリウムドープ陰極（図４の(b)）を用いたガス放電灯の光出力の安定性を測定した。本例の陰極は１０５０°Ｃで動作させることができるので、図４の(a)に示されるように、陰極の円錐尖頭状部分の立体角は８０°Ｃとされている。これに対し、トリウムドープ陰極では１７００°Ｃで動作させるので、図４の(b)に示されるように、陰極の円錐尖頭状部分の立体角は３０°となっている。測定は大塚電子社製の瞬間マルチ測光システム（ＭＣＰＤ−３０００）を用いて行った。その結果、トリウムドープ陰極では光出力の変動が２．０％程度であるのに対し、本例の陰極では光出力の変動は１．０％未満であり、光出力の安定性が改善されていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るガス放電灯の好ましい実施形態を示す図である。
【図２】上記実施形態における陰極を示す全体図である。
【図３】上記実施形態における陰極を示す断面拡大図である。
【図４】光出力安定性の測定に用いた上記実施形態の陰極と従来の陰極を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１３      陽極
１４      陰極
１４０      陰極本体
１４１      基体
１４２      グロー放電用コイル
【図１】
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【図２】
2005166382.tif 000004
【図３】
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【図４】
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