(57)【要約】      （修正有）【課題】ショートアーク型放電ランプにおいて、陰極先端の動作温度を低く抑え、先端の変形を抑制して寿命を改善する構造を提供する。【解決手段】発光管の内部に陰極１と陽極とが対向配置され、陰極１はエミッター材を含まない本体部２と、本体部２に接合された、酸化トリウムを含有する先端部３より構成され、本体部２の内部には、酸化トリウムよりも電子放射特性が優れた第２のエミッター材５が埋設されている。第２のエミッター材５は、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ガドリニウム、酸化サマリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジムの少なくとも一つを含有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管の内部に陰極と陽極とが対向配置されたショートアーク型ショートアーク型放電ランプにおいて、
前記陰極の少なくとも先端部に酸化トリウムが含まれており、該陰極の内部には酸化トリウムよりも電子放射特性が優れた第２のエミッター材が埋設されていることを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
【請求項２】
前記第２のエミッター材は、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ６Ｏ１１）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）の少なくとも一つを含有していることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
【請求項３】
前記陰極は、エミッター材を含まない本体部と、この本体部に接合された、酸化トリウムを含有する先端部とからなり、
前記第２のエミッター材は、前記本体部および／または前記先端部内に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、陰極に電子放射を良好にするためのエミッターを含有してなるショートアーク型放電ランプに関するものであり、特に、エミッターしてトリウムを含有してなるショートアーク型放電ランプに関わるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高入力・高輝度のショートアーク型放電ランプにおいては、陰極にエミッターを含有して、電子放出特性を高めるようにしたものが多用されている。
例えば、特開２０１２−１５００８号公報（特許文献１）には、エミッターとして酸化トリウムを含有するショートアーク型放電ランプ用の陰極が開示されている。
【０００３】
このようなショートアーク型放電ランプにおける陰極の先端部は、点灯中は、イオンの衝突により、約３４００Ｋという極めて高温状態となる。
このような高温下では、陰極先端部からトリウムが激しく蒸発するため、長時間を経ずして陰極内のトリウムが枯渇してしまう。特に、省トリウムの観点から、陰極先端部にのみ酸化トリウムを含有させた陰極構造を採用するとき、トリウムの保持量が限定されているため、その傾向が顕著である。
このような酸化トリウムの枯渇により、陰極の電子放射特性が低下して安定な放電状態を維持することが困難となるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５００８号号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、発光管の内部に陰極と陽極とが対向配置され、前記陰極の少なくとも先端部に酸化トリウムが含有されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、点灯時の陰極先端の動作温度を低く抑えることで、酸化トリウムの消耗を抑えるとともに、先端の変形を抑制して、その寿命を改善することができる構造を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明では、陰極は、少なくとも先端側の一部に酸化トリウムが含有されており、前記陰極の内部には、酸化トリウムよりも電子放射特性が優れた第２のエミッター材が埋設されていることを特徴とする。
また、前記第２のエミッター材は、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ６Ｏ１１）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）の少なくとも一つを含有していることを特徴とする。
また、前記陰極は、エミッター材を含まない本体部と、この本体部に接合された、酸化トリウムを含有する先端部とからなり、前記第２のエミッター材は、前記本体部および／または前記先端部内に埋設されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、先端側に酸化トリウムが含有された陰極の内部に、該酸化トリウムよりも電子放射特性が優れた第２のエミッター材が埋設されていることにより、点灯により先端部の酸化トリウムが還元されてトリウムとして先端面に供給されてくるとともに、前記第２のエミッター材からも陰極の先端面にエミッターが拡散供給されてくる。
このように、陰極先端面では、酸化トリウムによるトリウムの単原子層と、第２エミッター材のエミッターの単原子層が共存するように形成されて、トリウム単独の場合よりも電子放射特性が向上するとともに、陰極先端面の動作温度を低く抑えることができる。
この動作温度の低下により、トリウムの消耗を抑えることができるとともに、陰極先端の変形が抑制されて、陰極の寿命が改善される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の放電ランプの陰極構造の断面図。
【図２】本発明の作用説明図。
【図３】２種類のエミッターの電子放射特性比較図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１はこの発明のショートアーク型放電ランプに用いられる陰極構造を示し、陰極１は、純タングステンからなる本体部２と、タングステン中に酸化トリウム（ＴｈＯ２）が含有されたトリエーテッドタングステン（いわゆる、トリタン）からなる先端部３とから構成され、これら本体部２と先端部３とは、拡散接合などの手段により接合されている。
そして、陰極１の内部には密閉空間４が形成されていて、この密閉空間４内には、酸化トリウムよりも電子放射特性の優れた第２のエミッター材５が封入されている。
この実施例では、密閉空間４は、本体部２に上端に開口する有底孔を形成して、この本体部２に先端部３を接合することで形成される。
【００１０】
そして、密閉空間４内に封入される第２のエミッター材５は、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ６Ｏ１１）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）等であって、いずれも先端部３に含まれる酸化トリウムよりも電子放射特性が優れている材料である。
密閉空間４内には、これらのエミッター材の１種もしくは２種以上が封入される。
第２のエミッター材５は、例えば、タングステンと前記酸化物の１種もしくは２種以上とのの焼結体として形成して密閉空間４内に封入することができる。
【００１１】
また、陰極１の全体構造として、純タングステンの本体部２と、トリエーテッドタングステンの先端部３の接合構造を示したが、本体部２もトリエーテッドタングステンから構成して、陰極１全体に酸化トリウムを含有した構造としたものであってもよい。
更には、陰極１内部に形成される密閉空間４は、本体部２内に形成するものを示したが、これに限られず、先端部３内に形成するものであってもよいし、あるいは、本体部２と先端部３とに跨って形成するものであってもよい。
つまり、本体部および／または先端部の内部に形成するものであればよい。
更には、陰極（本体部）の後端側に開口する有底孔を形成して、この有底孔内に陰極芯線を挿入固定することによって形成することもできる。
【００１２】
陰極の電子放射特性は、陰極先端温度と放出電子電流密度の関係によって比較することができる。すなわち、同等の放出電子電流密度を得るための陰極先端温度が低いほど、電子放射特性が優れていることになる。
図３に、エミッターであるＴｈ（トリウム）とＣｅ（セリウム）の電子放射特性の比較図を示す。図に示す通り、ＴｈよりもＣｅの方が、同等の電子電流密度を得るために必要な温度が低い。つまり、エミッターとしてＣｅ（セリウム）を用いることで、トリウムよりも低い温度で、所望の電子電流密度が達せられることになる。
本願発明では、陰極先端部にトリウムが含有されていると共に、陰極内部にトリウムよりも電子放射特性の優れた第２のエミッター材（例えば希土類系のエミッター材）を備えている。
【００１３】
図２に示すように、点灯時には、陰極１の先端部３に含まれる酸化トリウム（ＴｈＯ２）が還元されてトリウム（Ｔｈ）が生成され、これが拡散作用により陰極先端面に移送されて先端面ではトリウムの単原子層（Ｔｈ  ｏｎ  Ｗ）が形成される。
これとともに、電子放射特性の優れた第２のエミッター材である酸化セリウム（ＣｅＯ２）が還元されてセリウム（Ｃｅ）が生成され、先端部３内を拡散移送されて、先端面でセリウムの単原子層（Ｃｅ  ｏｎ  Ｗ）が形成される。
このように、電子放射特性の高い第２のエミッター材であるセリウムが陰極先端面に供給されることにより、トリウム単独の場合よりも陰極の動作温度は低くなる。
そのため、エミッターとしてセリウムが作用している間は、電極先端部の温度は低い状態に維持されるので、その間はトリウムの消耗が抑えられる。またセリウムが枯渇し始めた段階ではじめて、温存されていたトリウムが主として動作し始めるようになるため、より長時間に亘って安定した放電状態を得ることができる。
【００１４】
図１、２の実施例に基づく陰極構造の一数値例を挙げると以下のとおりである。
＜陰極全体＞
全長：１７ｍｍ
胴径：φ１０ｍｍ
＜先端部＞
材料：２ｗｔ％トリア（ＴｈＯ２）ドープタングステン、密度１８．８ｇ／ｃｍ３
先端径：φ０．６ｍｍ
先端テーパー角：４０°
先端部の全長：３ｍｍ
＜本体部＞
材料：カリウム（Ｋ）ドープタングステン、密度１９．２ｇ／ｃｍ３、
本体部の全長：１４ｍｍ
＜第２のエミッター材＞
材料：酸化セリウム（ＣｅＯ２）、タングステン（Ｗ）を重量比１：２で混合、成形、焼結した焼結体、  密度９．５ｇ／ｃｍ３
寸法：φ１．４ｍｍ  、軸方向長さ２ｍｍ、
＜密閉空間＞
形成領域：陰極先端からの距離が３ｍｍから５ｍｍの範囲に形成
寸法：φ１．４ｍｍ、軸方向長さ２ｍｍ
＜ランプの構成＞
ランプ：４ｋＷ、Ｘｅショートアークランプ（デジタルプロジェクター用光源）
電気特性：１１５Ａ−３５Ｖ−４ｋＷ
【００１５】
以上のように、本発明によれば、少なくとも先端部に酸化トリウムを含有する陰極の内部に、酸化トリウムよりも電子放射特性の高い第２のエミッター材を埋設して、電子放射特性の異なる２種のエミッターを用いたことにより、第２のエミッター材が機能して陰極先端面に供給されることで陰極動作温度を低く保つことができ、トリウムの消耗を抑制することができる。
そして、このトリウムの消耗抑制効果はこの第２のエミッターが消耗されるまで継続し、その後トリウムがエミッターとして機能するようになるので、その枯渇時期を遅らせることができて、より長時間に亘って安定した放電状態を得ることができるという効果を奏するものである。
加えて、動作温度が低く抑えられるため、陰極先端部の熱変形が抑制されてアークの安定度が図られるという利点もある。
【符号の説明】
【００１６】
１    陰極
２    本体部
３    先端部（酸化トリウム含有）
４    密閉空間
５    第２のエミッター材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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