(57)【要約】【課題】  電極の消耗を抑制しつつ、放電位置を集中させることが可能で、かつ、点灯・消灯時の応答性も向上させた放電灯用の有孔焼結電極を提供する。【解決手段】  陰極２は、有孔焼結電極であって、易電子放射物質を２０重量％未満含有するタングステンを金属射出成形により成形した後、焼結させて製造されたものであり、その焼結後の密度が１２ｇ／ｃｃ以上に調整されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電灯用の有孔焼結電極であって、
易電子放射物質を２０重量％未満含有するタングステンを金属射出成形により成形後、焼結させて製造され、焼結後の密度を１２ｇ／ｃｃ以上としたことを特徴とする有孔焼結電極。
【請求項２】
先端形状が尖頭形であることを特徴とする請求項１記載の有孔焼結電極。
【請求項３】
易電子放射物質は、アルミン酸バリウム、または、酸化スカンジウムとアルカリ土類金属の炭酸塩の混合物であることを特徴とする請求項１または２に記載の有孔焼結電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯の電極として用いられる有孔焼結電極に関し、例えば、パルス光源として用いられるフラッシュランプの電極として用いられるような有孔焼結電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧放電灯の電極には高融点金属に易電子放射物質を添加した電極が知られている。特許文献１は、こうした電極の一例であって、高融点金属の粉末を焼結して多孔性の電極を成形し、その孔に易電子放射物質を充填するものである。そして、比較的大きな面積で放電を発生させることで、放電が局所的に集中するのを抑制し、電極の消耗を抑制することができると記載されている。
【特許文献１】特表２０００−５０５９３９号公報（５頁〜８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、点光源タイプの放電灯では、放電位置を集中し、かつ、固定する必要がある。しかし、放電を特定の位置に集中させると、従来の電極では、上述したように電極が消耗してしまい、結果的に放電位置が変動してしまう。また、従来の電極においては、点灯時の応答性等を向上させるため、例えば、易電子放射物質の含有量を増やすことにより電子の放出能力を向上させていたが、この結果、過剰な易電子放射物質イオンが放出されるため当該イオン消滅に時間を要することとなり、消灯時の応答性が低下してしまう。このため、このような電子の放出能力を向上させた従来型の電極を用いると、例えば、フラッシュランプでパルス発光を行わせる際に、連続点灯のようなミス発光が発生してしまうという問題が生じていた。
【０００４】
そこで、本発明は電極の消耗を抑制しつつ、放電位置を集中させることが可能で、かつ、点灯・消灯時の応答性も向上させた放電灯用の有孔焼結電極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】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係る放電灯用の有孔焼結電極は、易電子放射物質を２０重量％未満含有するタングステンを金属射出成形により成形後、焼結させて製造され、焼結後の密度を１２ｇ／ｃｃ以上としたことを特徴とする。
【０００６】
すなわち、易電子放射物質の濃度を比較的低いものとする一方、タングステンの充填密度を高くする。ここで、金属射出成形によって成形することで、放電部におけるタングステンの充填密度を所望の状態とすることを容易かつ確実に行える。
【０００７】
この有孔焼結電極は、先端形状が尖頭形であることが好ましい。さらに、易電子放射物質は、アルミン酸バリウム、または、酸化スカンジウムとアルカリ土類金属の炭酸塩の混合物であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
このように、従来より焼結後のタングステンの密度を高めることで、放電部の強度、耐熱性が向上し、その消耗が抑制される。そのため、点灯安定性が維持され、寿命特性も向上する。そして、電子の放出能力を適正に制御することで、イオン消滅時間を適正にして、点灯・消灯応答性を両立させることができる。
【０００９】
先端形状を尖頭形にすることで、放電を先端部に確実に集中させることができる。また、放電部の強度、耐熱性が高いために、電極の先端部が曲面状に消耗するため、放電位置の移動量を低減する。
【００１０】
また、このような易電子放射物質を用いると、点灯・消灯応答性を両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１、図２は、本発明に係る放電灯用電極を使用した放電灯であるフラッシュランプの概略図であり、図１がその横断面図、図２が縦断面図である。このフラッシュランプ１０は、円筒状のガラス容器１中に、陰極２と陽極３とがステム導入ピン６により対向して配置されている。そして、放電を開始させるためのトリガプローブと呼ばれる電極４、５が陰極２と陽極３のそれぞれの対向面前方に配置されている。そして、各電極２〜５は、ガラス容器１外に引き出された外部端子７1〜７4により外部回路に接続されている。ガラス容器１中には、キセノンガスが封入されている。
【００１３】
図３は、この陰極２の拡大図である。陽極３に対向する側が円錐形で、反対側が円筒形である砲弾形（尖頭形）の形状を有している。陰極２は、例えば、全長が３〜５ｍｍ、直径が２ｍｍであって、先端の円錐部の長さが１ｍｍである。
【００１４】
この陰極２は、以下のような金属射出成形（Metal Injection Molding＝ＭＩＭ）法によって製造される。図４は、陰極２の製造プロセスを説明するフローチャートである。まず、所定の空間を有する金型を用意する（ステップＳ１）。この空間は、製造対象である陰極２を所定比率で拡大した形状を有する。一方で、平均粒径が２μｍ〜８μｍのタングステン粉末と、アルミン酸バリウム、または、酸化スカンジウムとアルカリ土類金属の炭酸塩の混合物からなる易電子放射物質と、パラフィンワックスにポリプロピレン等の樹脂を添加した熱可塑性ポリマー材料からなるバインダーを混練して、直径数ｍｍ程度の顆粒状にして原料とする（ステップＳ２＝原料生成工程）。ここで、タングステン粉末と易電子放射物質との比率は、易電子放射物質が２０重量％未満であり、これに流動化を可能とする所定量のバインダーが添加される。
【００１５】
次に、こうして作成した原料を１００℃〜２００℃程度に加熱して流動状態とし、ステップＳ１で用意した金型の空間内に射出成形する（ステップＳ３＝射出成形工程）。射出成形された原料が金型内で固化したら、固化した成形品を金型から取り出す（ステップＳ４）。そして、不活性ガス中で成形品を所定の温度プロファイルで加熱後、冷却することにより、バインダー成分を蒸発させて除去する脱脂を行う（ステップＳ５＝脱脂工程）。脱脂した成形品を、さらに真空中で１４００〜１５００℃に加熱することによりタングステン粉末を結合させる焼結を行う（ステップＳ６＝焼結工程）。これにより、有孔焼結電極である陰極２が得られる。
【００１６】
このようにして製造される陰極２においては、陰極２の放電先端部に至るまでタングステンの充填密度を均一に高くすることができる。この充填密度は、１２ｇ／ｃｃ以上に調整される。なお、純タングステンの密度が１９.３２ｇ／ｃｃであり、陰極２には、これより密度の軽い易電子放射物質が混合されることと、微細な孔を多数有する有孔電極であることから、密度の上限は、この純タングステン密度より小さくなり、１９ｇ／ｃｃ程度になる。
【００１７】
こうして作成した陰極２と同様に製作した陽極３（易電子放射物質は含まない。）間に外部端子７１、７２に接続される外部電源から電圧を付加し、外部端子７３、７４からトリガープローブにトリガーエネルギーを付与する（パルス電圧を付与する）ことで、電極間に絶縁破壊を起こして放電を発生させ、封入されているキセノンガスを発光させる。
【００１８】
本発明によれば、このように、陰極２の放電先端部までタングステンが均一に高密度で充填されているとともに、焼結によりそれらが固く結合しているため、放電先端部の強度が従来型の電極に比べて強固になる。そのため、電極の消耗を抑制することができ、長時間にわたって安定した位置で放電を行うことができる。このため、発光を繰り返すことにより放電位置が移動して発光位置が移動するのを抑制することができる。さらに、陰極２に含まれる易電子放射物質の濃度を抑えることで、放電位置を先端部に集中させるとともに、電圧付与後の残留イオン（電子）の量を抑えることができ、連続点灯を防止し、ミス発光を抑制する。したがって、点灯・消灯応答性が向上する。
【００１９】
以上の説明では、キセノンフラッシュランプの場合を例に説明したが、本発明に係る放電管用の電極は、その他の点灯・消灯応答性が求められる放電管用の電極としても好適である。
【００２０】
易電子放射物質としては、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、トリウム等の元素周期律表IIIａ族の酸化物、アルカリ土類金属であるカルシウム、バリウム、ストロンチウム等の炭酸塩の単体あるいは混合物を用いることができる。
【実施例】
【００２１】
本願発明者は、本願発明の電極を使用することによるキセノン−フラッシュランプの光出力の安定性向上の効果を確認するため、本願発明に係る電極と、従来型の電極とを使用した場合のそれぞれの光出力の安定性を比較する実験を行った。以下、その比較結果について説明する。
【００２２】
陰極２として、タングステン充填密度の異なるケースＡ〜Ｄの４種類の電極をそれぞれ数本ずつ作成した。ケースＡ〜Ｄのそれぞれのタングステンの充填密度は、１６．５、１２．４、１１．８、１１．３に調整した。このうち、ケースＡと、ケースＢは、本発明に係る電極であって、平均粒径約３μｍのタングステン粉末を用い、タングステン９５重量％に対して、易電子放射物質を約５重量％添加し、上述のＭＩＭ法を用いて、製造した。この易電子放射物質は、酸化スカンジウム１に対し、重量でアルカリ土類金属の炭酸塩を１０混合したもので、アルカリ土類金属の炭酸塩は、約６０重量％の炭酸バリウム、約３５重量％の炭酸ストロンチウム、約５重量％の炭酸カルシウムからなる。一方、ケースＣとケースＤは、同じ材料（タングステンおよび易電子放射物質）を用いて、プレス成型後に焼結して製造されたものである。
【００２３】
これらの電極を有する１０ワット・キセノン−フラッシュランプを作成し、連続パルス発光させて、電極消耗状態の違いを調べた。実験に用いたキセノン−フラッシュランプ本体の構造は、直径が２０ｍｍ、高さが１９．５ｍｍの円筒形状であり、電極間の距離を１．５ｍｍに設定した。点灯条件は、入力エネルギーが０．１Ｊ、放電のメイン電圧を１０００Ｖ、点灯周波数を１００Ｈｚとし、３００時間点灯動作を行った後、放電によるスパッタによって生ずる消耗状態を調べた。
【００２４】
消耗状態の判定方法を図５を参照して説明する。作成時の陰極２は、図５（ａ）に示されるように、先端が尖った形状をしている。放電によって先端部が消耗していく場合、図５（ｂ）に示されるように、先端面が平面状に消耗していく場合と、図５（ｃ）に示されるように、先端面が曲面状として消耗していく場合がある。そこで、平面状に消耗していく場合には、先端面の最大直径により消耗度合いを表し、曲面状に消耗していく場合には、作成時のまま残っている円錐面の先端部を結ぶ面の最大直径により消耗度合いを表すこととした。
【００２５】
図６は、こうして調べたケースＡ〜Ｄの電極それぞれの消耗度の平均値を陰極２のタングステン密度に対してプロットしたグラフである。図から明らかなように、消耗度は、タングステン密度が低いほど大きく、タングステン密度１２ｇ／ｃｃ未満のケースＣ、Ｄでは、消耗度が０．７ｍｍを超えており、消耗が激しい。しかも、平面状に消耗していくため放電位置が集中せず、また、放電距離も長くなるので、発光位置も大きく変動する。これに対して、タングステン密度が１２ｇ／ｃｃ以上のケースＡ、Ｂについては、消耗度が小さく、かつ、曲面上に消耗していくため、放電位置の集中を維持しやすく、実際の放電距離も、同一の消耗度で平面状に消耗していく場合に比較して短くて済み、発光位置の変動といった消耗の影響が軽減される。このため、本発明に係る電極（ケースＡ、Ｂ）では、従来型の電極（ケースＣ、Ｄ）に対して、放電位置の集中を維持しやすく、消耗度の数値の差以上に電極消耗によって放電距離が延びるのを抑制することができ、放電安定性に寄与することが確認された。
【００２６】
また、それぞれのケースについて作動時間３００時間経過後に、点灯周期１００Ｈｚで５分間点灯させ、その最大光出力と最低光出力との差を平均光出力で除した値に１００をかけて光安定性を求めた。光安定性は、ケースＣ、ケースＤでは、それぞれ、５．０６％、７．４９％となり、不安定な結果となったが、ケースＡ、ケースＢでは、それぞれ、３．．３２％、３．６７％と５％未満であり、光安定性が確保されることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る放電灯用電極を使用した放電灯であるフラッシュランプの横断面図である。
【図２】本発明に係る放電灯用電極を使用した放電灯であるフラッシュランプの縦断面図である。
【図３】図１、図２の陰極２の拡大図である。
【図４】陰極２の製造プロセスを説明するフローチャートである。
【図５】電極の消耗状態の判定方法を説明する図である。
【図６】ケースＡ〜Ｄの電極それぞれの消耗度の平均値を陰極２のタングステン密度に対してプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１…ガラス容器、２…陰極、３…陽極、４、５…トリガープローブ（電極）、６…ステム導入ピン、７１〜７４…外部端子、１０…フラッシュランプ。
【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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