(57)【要約】      （修正有）【課題】発光管の内部に一対の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側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、陰極の内部に含有された酸化トリウムの有効利用を図ることにより、陰極先端面でのエミッター物質の枯渇を防ぎ、電子放出機能を長時間維持し、ランプのフリッカー寿命の長期化を図るようにした構造を提供する。【解決手段】陰極１の少なくとも酸化トリウムが含有された領域、あるいは、これと隣接もしくは近接した領域において、側面に開口した孔部２を設け、当該孔部２には、棒状の還元部材３が挿入されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管の内部に一対の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側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、
前記陰極の少なくとも酸化トリウムが含有された領域、あるいは、これと隣接もしくは近接した領域において、側面に開口した孔部を設け、
前記孔部には、棒状の還元部材が挿入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】
前記還元部材は、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）の一つ又は複数の元素を含んだ還元剤を備え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】
前記還元部材は、炭素とタングステンとの化合物であることを特徴とする請求項１又は２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、酸化トリウムが含有された陰極を有す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、陰極の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係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高入力で高輝度なショートアーク型放電ランプにおいては、陰極にエミッター材として酸化トリウムを含有して、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。
そして、酸化トリウムを含有した陰極においては、一般に、酸化トリウムの還元反応を促進するために、先端部近傍に炭化層を形成している。例えば、特開平１０−２８３９２１号公報（特許文献１）などがそれである。
【０００３】
図４にその作用模式図が示されていて、陰極７０の構成材料であるタングステン７１中に酸化トリウムＴＯが含有され、陰極７０の外表面にはその最先端部を除いて炭化層７２が形成されている。
この炭化層７２は、陰極材料であるタングステンと炭素が反応して生成された炭化タングステンからなる。
２Ｗ  ＋  Ｃ  →  Ｗ２Ｃ
そして、ランプの点灯により、陰極７０の温度が上昇し、２０００℃程度以上から、炭化層８２において酸化トリウムが還元される。
ＴｈＯ２  ＋  Ｗ２Ｃ  →  Ｔｈ  ＋  ２Ｗ  +  ＣＯ２
ＴｈＯ２  ＋  ２Ｗ２Ｃ  →  Ｔｈ  ＋  ４Ｗ  +  ２ＣＯ
炭化層７２で還元されて生成されたトリウムＴは、陰極表面を表面拡散により先端側に向かって輸送される。
【０００４】
ところで、上記従来技術における、陰極先端近傍の外表面に形成された炭化層７２は、おおよそ数十μｍから百μｍの厚さであり、直径が数ｍｍである陰極の軸方向に垂直な断面に対し、炭化層の部分が占める面積の割合は数％未満にしか過ぎない。
そして、酸化トリウムＴＯはトリウム原子Ｔに比べ粒径が大きいために陰極内部においては殆ど拡散することがなく、炭化層以外の領域から酸化トリウムが移動してくることは、殆どない。つまり、炭化層７２で酸化トリウムＴＯが還元され尽くされると、そこへの酸化トリウムの補充がなく、その領域の酸化トリウムは消失し、エミッターとしてのトリウムの供給も絶たれてしまうことになるという問題があった。
このように、エミッターの供給が立たれると、陰極のアーク側先端面においてトリウムが不足し、ちらつきが発生したり、ランプの立消えが起こったりする。
【０００５】
このような不具合を解消するものとして、特開２０１０−２８２７５８号公報（特許文献２）では、陰極先端に開口する細穴を形成して、その細穴の後端側に炭化層を形成したものが提案されている。
図５にその概略構造が示されていて、陰極８０には、その先端面８０ａに開口する細穴８５が形成されていて、該細穴８５の先端部８５１側は非炭化部であり、これより深い箇所にある後端部８５２に炭化層８６が形成されているものである。
こうすることで、ランプ点灯時には、炭化層８６によって酸化トリウムが還元され、生成されたトリウムが先端部８５１の内表面における表面拡散および気相拡散によって陰極先端に輸送され、先端部でのエミッターの枯渇を防止しようとするものである。
【０００６】
ところで、陰極におけるトリウムの拡散の態様には、一般に、陰極表面における表面拡散と、陰極材料の粒界における粒界拡散と、粒内における粒内拡散とがあるが、その拡散係数（※出典後記）は、図６に示されるように、一般に、表面拡散＞粒界拡散＞粒内拡散の順であり、その大きさはそれぞれ、概ね１桁〜２桁ずつ異なる。
出典：N.L. Peterson, “Diffusion in Refractory Metals”, WADD TECHNICAL REPORT 60-793 (Wright Air Development Division, Air Research and Development Command, US Air Force, 1960)  p21．
【０００７】
上記特許文献２の従来技術においては、主に細穴８５における表面拡散により陰極先端へのトリウムの移送が行われるものであり、陰極先端面８０ａでのトリウム量の時間変化を考えると、点灯初期においてトリウム量は急激に上昇し、その後下降する。
図７にそのトリウムの時間経過による変化が模式的に示されていて、陰極先端面８０ａでのトリウム量Ａは、陰極のテーパー部からの表面拡散によるトリウム量Ｂと、細穴８５からの表面拡散によるトリウム量Ｃとの合計であって、点灯直後に急激に増加し、その後、急激に下降してしまう。その結果、陰極先端において、点灯初期には十分なトリウムの供給があるが、その後には急激に減少して枯渇してしまうという不具合が依然として解決されない。
【０００８】
また、この特許文献２のものでは、酸化トリウムが還元される際に発生した一酸化炭素ＣＯや二酸化炭素ＣＯ２が細穴８５を通じて放電空間に放出されるため、点灯を継続すると従来品よりも一酸化炭素濃度や二酸化炭素濃度が増加し、始動性が悪化する可能性があるという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２８３９２１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８２７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、発光管の内部に一対の陰極と陽極とが対向配置され、前記陰極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、陰極の内部に含有された酸化トリウムの有効利用を図ることにより、陰極先端面でのエミッター物質の枯渇を防ぎ、電子放出機能を長時間維持し、ランプのフリッカー寿命の長期化を図るようにした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】
【００１１】
前記陰極の少なくとも酸化トリウムが含有された領域、あるいは、これと隣接もしくは近接した領域において、側面に開口した孔部を設け、前記孔部には、棒状の還元部材が挿入されていることを特徴とする。
また、前記還元部材は、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）の一つ又は複数の元素を含んだ還元剤を備えることを特徴とする。
また、前記還元部材は、炭素とタングステンとの化合物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、陰極の酸化トリウムが含有された領域、あるいは、これと隣接もしくは近接した領域において、側面に開口した孔部を設け、前記孔部に棒状の還元部材が挿入されている構成としたことにより、陰極の内部において、酸化トリウムが含有された領域、あるいは、これと隣接もしくは近接した領域において、還元部材が存在するので、これまで有効利用が難しかった前記陰極の内部における酸化トリウムの還元を促進し、生成されたトリウムが粒界拡散されて陰極先端面に輸送されて、より安定した電子放射機能を長時間にわたって維持することができるという効果を奏する。
また、陰極先端部の外表面に還元部材が露出しているので、陰極外表面近辺の酸化トリウムが還元されてトリウムとなり、これが陰極表面を表面拡散して陰極先端面に輸送されて、電子放出機能を担うことにより初期点灯性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例に係る放電ランプの陰極構造の断面図（Ａ）、側面図（Ｂ）。
【図２】本発明の他の実施例の断面図。
【図３】本発明の更に他の実施例の断面図。
【図４】従来技術の作用を説明する部分断面図。
【図５】従来例の断面図。
【図６】トリウムの拡散速度を表すグラフ。
【図７】図５の従来例の時間経過による陰極先端面のトリウム量を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に示すように、陰極１は、酸化トリウムが含有されたタングステンからなり、その先端部近傍には、陰極１の側面に開口した貫通孔である孔部２が形成されている。そして、当該孔部２には棒状の還元部材３が挿入されている。この還元部材３には、還元剤として、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）の一つ又は複数の元素が含まれるものである。
また、還元部材３は、これらの還元剤の相互の化合物（ＺｒＣ、ＨｆＢ２など）の形態であってもよいし、還元剤以外の他の元素との化合物（ＷＣ、ＢＮなど）の形態であってもよい。このように化合物の形態とすることで、化学的な安定化が図られて、取扱い面で優れているという利点がある。
これら還元剤のうち、最も入手し易く効果がある還元剤としては炭素（Ｃ）が挙げられ、純炭素か、あるいは、炭素とタングステンとの化合物（ＷＣ）の形態で還元部材とすることが有用である。
【００１５】
前記孔部２に挿通された棒状の還元部材３は、当然のことながら、その端部が陰極側面に露出していて、点灯初期において、陰極１の外表面近傍に存在する酸化トリウムを還元することで初期点灯性に寄与することになる。
なお、この還元部材３の端部露出以外に、陰極表面に外表面炭化層を形成して、初期点灯性を高めることもできる。
【００１６】
前記実施例では、陰極１の全体に酸化トリウムが含有されたものを示したが、これに限られず、図２に示すように、陰極１の先端側の一部に酸化トリウムを含有するものであってもよい。
即ち、陰極１は、タングステンからなる本体部１１と、酸化トリウムを含有するタングステンからなる先端部１２とからなり、当該先端部１２は、前記本体部１１の先端面に拡散接合などの手段により接合されている。
【００１７】
前記孔部２は、図２（Ａ）に示す実施例では、前記先端部１２において、これを貫通する形態で設けられ、図２（Ｂ）に示す実施例では、前記先端部１２に隣接して本体部１１に設けられ、図２（Ｃ）に示す実施例では、前記先端部１２に近接して本体部１１に設けられている。
勿論、これら以外に、本体部１１と先端部１２に跨るように孔部２を形成するものであってもよい。
この孔部２を形成する位置は、その内部に挿入される還元部材３が、酸化トリウムとの還元反応を起こすに足るだけの温度領域にあるように選択される。
【００１８】
前記孔部２の穿設形態は貫通孔に限られず、陰極１の両側面から中心部に向かって設けるものであってもよく、しかも、その穿設方向は水平方向、即ち、陰極中心軸に直交する方向に限定されるものでもない。
図３にこれらの実施例が示されていて、図３（Ａ）には、孔部２が、陰極１の側面から後方側に向かって傾斜して設けられたものが示されており、図３（Ｂ）には、孔部２が、陰極１の側面から先端側に向かって傾斜して設けられたものが示されている。
また、これらの孔部２は、円周方向の２箇所に限られず、３箇所以上であってもよい。
【００１９】
本発明の図１に基づく実施例の陰極構造の一数値例を挙げると以下の通りである。
＜陰極全体＞
材料：２％酸化トリウムドープタングステン
寸法：全長１７ｍｍ、胴径１０ｍｍ、先端系０．６ｍｍ、先端のテーパー角４０度
＜孔部＞
先端から３ｍｍの位置にφ１．０ｍｍの貫通孔を穿設
＜還元部材＞
材料：純カーボンの棒（炭素棒）
寸法：φ１．０ｍｍ、全長２．８ｍｍ
【００２０】
以上のように、本発明によれば、少なくとも先端側に酸化トリウムが含有されてなる陰極における、酸化トリウムが含有された領域、あるいは、これと隣接もしくは近接した領域において、側面に開口した孔部を設け、当該孔部に、棒状の還元部材が挿入されているので、陰極先端部の内部に含有された酸化トリウムが孔部の還元部材により還元され、これにより生成されたトリウムが先端面に供給されてくることで、陰極先端面でのトリウムの枯渇を防止することができて、長時間にわたり、チラツキが発生することがないものである。
また、還元部材は陰極の外表面に露出していることにより、これが陰極外表面の近傍に存在する酸化トリウムを還元するので、初期点灯時における点灯性が良好である。
更には、陰極の側面から孔部を形成して、これに還元部材を挿入するという、簡便な手段により陰極内部の酸化トリウムを有効活用することができるという利点もある。
【符号の説明】
【００２１】
１      陰極
１１    本体部
１２    先端部（酸化トリウム含有）
２      孔部
３      還元部材
【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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【図７】
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