(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塊状体の高融点金属からなる基体金属と、該基体金属内に該基体金属の電極としての通電方向と略平行に延在し、先端面が放電空間に露出して設けられた複数の易電子放射性物質部とからなる放電ランプ用電極であって、
前記基体金属は、複数の略棒状部材の束を加熱して接触面を溶融して固着することにより一体化して構成され、前記略棒状部材間に形成された複数の間隙内部に前記易電子放射性物質部が形成され、該易電子放射性物質部の各先端面間は前記基体金属の先端面上において１００μｍ以下隔てて配置されていることを特徴とする放電ランプ用電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電ランプの電極構造に係わり、さらに詳しくは、易電子放射性物質を高融点金属の通電方向と略同方向の高融点金属間に形成した放電ランプ用電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放電ランプ用電極としては、例えば、特公昭５０−１４０６９号に記載されているように、金属粉末と易電子放射性物質の粉末を混合して略ロッド状に成型し、真空雰囲気中で焼結した焼結体からなる電極が知られている。また、このような焼結体からなる電極の他にも、高融点金属からなる多孔質状焼結体の空孔部分に易電子放射性物質を溶融してしみ込ませた、いわゆる含浸法によって多孔質の高融点金属に易電子放射性物質を形成した電極が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年のランプの高輝度化、高寿命化の要求に伴って、ランプ点灯時には従来にも増して陰極先端部が高熱化されたアークに曝されるようになっている。そのため、上記に示されるような従来技術に係る放電ランプ用電極では、陰極先端部から易電子放射性物質が蒸発され易く、その結果、電極から急速に易電子放射性物質が枯渇してランプの始動性が悪化したり、蒸発した易電子放射性物質がバルブ内部に付着して、バルブの失透や白濁が発生し、ランプの照度を急速に低下させるという問題が発生している。
【０００４】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、放電ランプの点灯時、電極の高熱化を防止して、陰極先端部からの易電子放射性物質の蒸発を抑制し、易電子放射性物質の蒸発によるランプの失透や白濁等を防止して、ランプの高寿命化を図った放電ランプ用電極を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、塊状体の高融点金属からなる基体金属と、該基体金属内に該基体金属の電極としての通電方向と略平行に延在し、先端面が放電空間に露出して設けられた複数の易電子放射性物質部とからなる放電ランプ用電極であって、前記基体金属は、複数の略棒状部材の束を加熱して接触面を溶融して固着することにより一体化して構成され、前記略棒状部材間に形成された複数の間隙内部に前記易電子放射性物質部が形成され、該易電子放射性物質部の各先端面間は前記基体金属の先端面上において１００μｍ以下隔てて配置されていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態を図１ないし図２を用いて説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態の発明に係る放電ランプ用電極の構成を示す図であり、図１（ａ）は電極先端面から見た放電ランプ用電極の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａから見た断面図である。
これらの図において、１は放電ランプ用電極、２は塊状体の高融点金属からなる放電ランプ用電極１の基体金属、２１は基体金属２の先端面、３は基体金属２の先端面から放電ランプ用電極１の通電方向と略平行に設けられた有底の複数の孔に易電子放射性物質が形成された易電子放射性物質部、３１は放電空間に露出される易電子放射性物質部３の先端面である。
【００１１】
ここで、前記塊状体の高融点金属２としては、例えば、純度９９．９６％以上、理論密度１８．８ｇ／ｃｍ３  以上の純タングステンが用いられ、このようなタングステンの棒材を、外径φ１〜６ｍｍ、全長約３〜６ｍｍの略円柱ロッド状に形成し、その先端面２１に、直径φｅ  ＝約４０〜５０μ、深さｄ＝１〜１０ｍｍ、ピッチＰ＝５０〜１００μｍの複数の有底孔を形成したものである。この有底孔は高融点金属２の軸方向、即ち、高融点金属２の放電ランプ用電極としての通電方向と略平行に形成される。これらの有底孔は、レーザ加工により形成され、レーザー加工によれば、１００μｍ以下の有底孔を深さ数ｍｍ、孔のピッチを数十μｍのオーダーで制御して形成することが可能である。
【００１２】
なお、ここで前記塊状体からなる高融点金属とは、従来技術で述べたいわゆる含浸法で使用されていた多孔質状焼結体からなるものとは異なり、そのような孔を有していない高融点金属を意味する。
【００１３】
高融点金属２の有底孔内には、例えば、粉末の易電子放射性物質を圧入したり、または易電子放射性物質とバインダ等の混合物を含浸させ、その後、焼成もしくは焼結を行って易電子放射性物質部３を形成し、電極先端面を研磨して先出しを行い、閃光放電ランプ用電極等の放電ランプ用電極１としての最終形状に成型する。
【００１４】
最終形状に成形された放電ランプ用電極１の先端面には、各有底孔に形成された易電子放射性物質部２の易電子放射性物質が露出しており、各露出された易電子放射性物質の先端面３１間の距離Ｌは１００μｍ以下に形成されている。
【００１５】
放電ランプ用電極１をこのように構成することにより、ランプ点灯時、易電子放射性物質部３の先端面３１から拡散された易電子放射性物質が高融点金属２の先端面２１上に均一に拡散されて、電子の放出が容易に行われるようになり、良好な電子放射特性が得られる。そしてアーク放電は高融点金属からなる基体金属２の先端面２１上で行われるため、発生した熱は基体金属２を通して先端面２１から通電方向に沿って効率良く伝達されるために、放電ランプ用電極の高熱化を防止することができる。
【００１６】
なお、易電子放射性物質部３における易電子放射性物質およびその含有量等は、ランプの種類や入力電力によって決定されるが、閃光放電ランプ用電極として用いられる場合には、易電子放射性物質として酸化バリウムと酸化アルミニウムを用いたいわゆるバリウムアルミネートを前記有底孔内に充填し、例えば、１７００℃で約２０分焼成したものを用いる。
【００１７】
ここで、先端面３１に露出された各易電子放射性物質部３間の距離が基体金属２の先端面２１を隔てて１００μｍ以下に設定される理由を図２を参照して説明する。
【００１８】
図２は、本実施形態に係る放電ランプ用電極の先端面付近の一部を模式的に拡大して示した断面図である。
【００１９】
同図は、基体金属２としてタングステン、易電子放射性物質部３における易電子放射性物質としてＢａＯを用いた場合を示し、易電子放射性物質部３から供給されて基体金属２の先端面２１上に拡散したＢａ原子が放電に寄与し、易電子放射性物質部３の先端面３１上に留まっているＢａ原子は放電に寄与しにくいことを示している。
【００２０】
一般に、陰極に必要とされる要件は、電極表面に仕事関数を下げる易電子放射性物質が存在すること、およびその易電子放射性物質が基体金属表面上に均一に被覆されていることにある。特に、後者の条件は、易電子放射性物質の基体金属表面上に拡散する距離が関わっており、拡散しなければならない距離が長くなると、拡散の途中で易電子放射性物質が蒸発によって消耗されてしまう。
【００２１】
さらに詳述すると、電極、とりわけ陰極は、一般に基体金属と称される融点が２０００℃以上のＷ、Ｔａ、Ｍｏ等の高融点金属が用いられるため、仕事関数を下げるために、易電子放射性物質、いわゆるエミッターと称されるＢａ、Ｔｈ、Ｌａ、Ｃｓからなる金属またはその化合物を含有した構造となっている。
【００２２】
ここで、同図に示すように、易電子放射性物質として、ＢａＯを用いた場合、ＢａＯはランプ点灯時でも、ＢａＯの状態で基体金属２内にあり、酸化物であるＢａＯは高融点金属より電流が流れにくい状態になっている。一方、電極表面では、ＢａＯはＢａ原子とＯ原子に分かれて基体金属１上にＯ原子、Ｂａ原子の順に吸着されるが、放電に寄与するのは、ＢａＯ直上にあるＢａ原子よりも、基体金属２である高融点金属上のＢａ原子である。Ｂａ原子が高融点金属上に十分被覆されるように供給することによって、アーク放電が安定して行われ、始動ないし点灯が安定的に行うことができる。
【００２３】
従って、高融点金属からなる基体金属２の先端面２１を効率良く易電子放射性物質で被覆するためには、易電子放射性物質が基体金属２の先端面２１上を拡散する距離を考慮し、該距離を適正に制御することが重要となる。
【００２４】
易電子放射性物質の拡散距離は、易電子放射性物質の種類や動作温度等の条件によって変わるが、概して数十μｍ〜百数十μｍの範囲にある。かかる範囲内において、易電子放射性物質と高融点金属との領域を構造的に制御することができるならば、高融点金属の表面を易電子放射性物質で効率良く被覆することが可能となる。
【００２５】
本実施形態の発明では、基体金属２の先端面２１に放電に寄与する易電子放射性物質を均一に拡散させ、被覆させるために、易電子放射性物質を供給する易電子放射性物質部３の表面同士の距離を１００μｍ以下に設定している。
【００２６】
上述のごとく、本実施形態の発明によれば、従来の放電ランプ用電極が、粉末冶金の技術により製作されるために、易電子放射性物質と基体金属の位置が偶発的に決められていたのに対して、塊状体の高融点金属からなる基体金属２内に、放電ランプ用電極としての通電方向と略平行に複数の易電子放射性物質部３を延在させ、かつ各易電子放射性物質部３の先端面３１を放電空間に露出して設け、複数の易電子放射性物質部３の各先端面３１を、基体金属２の先端面２１上において所定の距離を隔てて配置したので、電極先端面でのアーク放電によって発生した熱を、基体金属２を通して易電子放射性物質部３によって妨げられることなく、効率よく基体金属２の後端部に伝達することができるので、電極における排熱が円滑に行われ、熱が蓄熱されることによって生じる不要な易電子放射性物質の蒸発を防止することができる。
【００２７】
図３（ａ）は、電極先端面から見た第２の実施形態の発明に係る放電ランプ用電極の構成を示す平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の第１の電極構体５を拡大して示した平面図である。
【００２８】
同図において、４は略棒状に形成された塊状体の高融点金属からなる放電ランプ用電極１の基体金属、４１は基体金属４の先端面、５は基体金属４を通電方向と略平行に複数本配置し、仮固定された第１の電極構体、６は複数体の第１の電極構体５が仮固定される第２の電極構体、７は複数体の第２の電極構体６が仮固定される第３の電極構体、８は複数本の基体金属４間に形成された複数の間隙に易電子放射性物質が挿入され、先端面が放電空間に露出して設けられた易電子放射性物質部、８１は易電子放射性物質部８の先端面である。
【００２９】
この放電ランプ用電極１の製作は、まず、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、塊状体の高融点金属からなる複数本、例えば、７本の基体金属４を組み合わせて、その周りを図示していない金属線で仮固定して第１の電極構体５を構成する。次に、図３（ａ）に示すように、これらの第１の電極構体５を複数体、例えば、７体組み合わせて、その周りを図示していない金属線で仮固定して第２の電極構体６を構成し、さらにこれらの第２の電極構体６を複数体、例えば、７体組み合わせて、その周りを図示していない金属線で仮固定して第３の電極構体７を構成する。次に、この仮固定された第３の電極構体７に電圧をかけて通電し加熱する。この第３の電極構体７を構成する高融点金属からなる基体金属４が通電されると、各基体金属４は約２０００℃に加熱されて各基体金属４間の接触面の一部が溶融されて固着される。これにより、一体化された複数本の基体金属４が得られる。次に、この一体化された基体金属４を所定の長さに切断して略柱状に整形し、さらに複数本の基体金属４間に形成された間隙内に、含浸法等の手法によって易電子放射性物質を挿入し易電子放射性物質部８を形成する。
ここで、塊状体の高融点金属からなる略棒状部材の基体金属４としては、純タングステンからなるφ７０μｍの棒材を用い、最終形状として、外径１．０５ｍｍ、全長約１０ｍｍの放電ランプ用電極１を得た。
【００３０】
本実施形態の発明においても、ランプ点灯時、基体金属４の間隙に形成された易電子放射性物質部８の先端面８１から易電子放射性物質が高融点金属からなる基体金属上４に十分被覆されるように供給されてアーク放電を安定して行わせることができる。また、アーク放電によって生じた熱は、略棒状部材で形成された塊状体の高融点金属からなる基体金属４は、先端面４１から後端部わたって連続して構成されているので、先端面４１における熱を後端部に向けて速やかに伝達することが可能であり、その結果、電極先端面４１，８１の過熱を防止して、易電子放射性物質の蒸発を防止することが可能である。
【００３１】
図４は、電極先端面から見た第３の実施形態の発明に係る放電ランプ用電極の構成を示す平面図である。
【００３２】
同図において、９は線径が異なる略棒状に形成された塊状体の高融点金属を通電方向と略平行に複数本配置された放電ランプ用電極１の基体金属、９１は基体金属９の先端面、１０は基体金属９間に形成された複数の間隙に易電子放射性物質が挿入され、先端面が放電空間に露出して設けられる複数の易電子放射性物質部、１０１は易電子放射性物質部１０の先端面である。なお、その他の構成は図３に示す同符号の構成に対応するので説明を省略する。
【００３３】
本実施形態の放電ランプ用電極は、基体金属９として線径の異なる複数本の略棒状の塊状体の高融点金属を組合わせて用いた点で第２の実施形態の放電ランプ用電極と異なる。
【００３４】
この放電ランプ用電極１の製作は、まず、図４に示すように、線径の太い基体金属９を複数本配置し、さらに、前記線径が太い複数本の基体金属９間に形成された間隙に線径の細い複数本の基体金属９を挿入し、これらの基体金属９全体を図示していない金属線で仮固定する。次に、この仮固定された基体金属９の束に電圧をかけて通電し加熱する。これらの線径が異なる高融点金属からなる基体金属９は通電により約２０００℃に加熱されて基体金属９の接触面の一部が溶融されて固着され、これにより、線径が異なる複数本の基体金属９が一体化される。次に、この一体化された基体金属９を所定の長さに切断して略柱状に整形し、さらに略棒状の各基体金属９間に形成された間隙内に、含浸法等の手法によって易電子放射性物質を挿入し易電子放射性物質部１０を形成する。
【００３５】
ここで、塊状体の高融点金属からなる基体金属９としては、純タングステンからなるφ２０μｍ〜φ１００μｍの棒材を用いた。
【００３６】
本実施形態の発明においても、ランプ点灯時、基体金属９の間隙に形成された易電子放射性物質部１０の先端面１０１から易電子放射性物質が高融点金属からなる基体金属９上に十分被覆されるように供給されるので、アーク放電を安定して行わせることができる。また、アーク放電によって生じた熱は、略棒状部材で形成された塊状体の高融点金属からなる基体金属９が、その先端面９１から後端部わたって連続して構成されているので、電極先端面９１，１０１における熱を後端部に向けて速やかに伝達することが可能となり、その結果、電極先端面９１，１０１が過熱されることを防止して、易電子放射性物質の蒸発を防止することができる。
【００３７】
また、本実施形態の発明では、基体金属９に形成される間隙の形成場所や大きさを変えることが可能であるので、易電子放射性物質部１０の形成箇所や大きさを所望の状態に形成することが可能となる。さらに、本実施形態の発明では、略棒状の基体金属９を仮固定する際の形ズレが生じにくいので作業性に優れている。
【００３８】
なお、上記の各実施形態の放電ランプ用電極は、閃光放電ランプ用電極に適用する場合について説明したが、高輝度放電ランプ（ｈｉｇｈ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｌａｍｐ）の放電ランプ用電極に適用できることはいうまでもない。
【００３９】
図５に示す放電ランプ用電極は、図１に示す放電ランプ用電極１の作製方法と同様の方法で製作された高輝度放電ランプ用電極１１であり、この高輝度放電ランプ用電極１１は、塊状体の高融点金属からなる基体金属１２に、その先端面１２１からレーザー加工によって電極１１の通電方向と略平行に複数の有底孔を設け、この複数の有底孔に、その先端部１３１が放電空間に露出される易電子放射性物質部１３を設けることによって作製される。
【００４０】
図６に示す放電ランプ用電極は、図３ないし図４に示す放電ランプ用電極１と同様の方法で作製された高輝度放電ランプ用電極１１であり、高輝度放電ランプ用電極１１は、塊状体の高融点金属からなる基体金属１２に、その先端面から電極１１の通電方向と略平行に１個の有底筒孔１２２を設け、この有底筒孔１２２に、例えば、図３（ａ）に示す第３の電極構体７から作製されて一体化されて構成された複数本の基体金属４に相当する基体金属１４を挿入し、これらの複数本の基体金属１４間に形成される間隙内に、含浸法等の手法によって易電子放射性物質を挿入し、先端部１３１が放電空間に露出される易電子放射性物質部１３を設けることによって作製される。
【００４１】
なお、本発明は、上記の各実施形態の発明に限定されるものではなく、例えば、第１の実施形態については、レーザー加工によって形成される有底孔は、点状の他に、線状や格子状に形成することも可能であり、また第２および第３の実施形態において用いられた高融点金属からなる略棒状部材は、断面形状が円形のものに限定されるものではなく、多角形等の他の形状に形成したものを用いてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、電極先端面のアーク放電によって発生した熱を、基体金属を通して易電子放射性物質部によって妨げられることなく、効率よく基体金属の後端部に伝達することができるので、電極における排熱が円滑に行われ、熱が蓄熱されることによって生じる不要な易電子放射性物質の蒸発を防止することができる。また、前記基体金属は、複数の略棒状部材の束を加熱して接触面を溶融して固着することにより一体化して構成され、前記略棒状部材間に形成された複数の間隙内部に前記易電子放射性物質部が形成されているので、レーザー加工を用いることなく基体金属に易電子放射性物質部を容易に形成することができる。また、易電子放射性物質部の各先端面間は基体金属の先端面上において１００μｍ以下隔てて配置されているので、易電子放射性物質と高融点金属との領域を構造的に制御することができるので、ランプ点灯時、高融点金属の表面を易電子放射性物質で効率良く被覆することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の発明に係る放電ランプ用電極の構成を示す図である。
【図２】放電ランプ用電極の先端面付近の一部を模式的に拡大して示した断面図である。
【図３】電極先端面から見た第２の実施形態の発明に係る放電ランプ用電極の構成を示す平面図である。
【図４】電極先端面から見た第３の実施形態の発明に係る放電ランプ用電極の構成を示す平面図である。
【図５】図１に示す放電ランプ用電極の作製方法と同様の方法で製作された高輝度放電ランプ用電極の構成を示す断面図である。
【図６】図３ないし図４に示す放電ランプ用電極と同様の方法で作製された高輝度放電ランプ用電極の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  放電ランプ用電極
２  基体金属
２１  基体金属２の先端面
３  易電子放射性物質部
３１  易電子放射性物質部３の先端面
４  基体金属
４１  基体金属４の先端面
５  第１の電極構体
６  第２の電極構体
７  第３の電極構体
８  易電子放射性物質部
８１  易電子放射性物質部８の先端面
９  基体金属
９１  基体金属９の先端面
１０  易電子放射性物質部
１０１  易電子放射性物質部１０の先端面
１１  高輝度放電ランプ用電極
１２  基体金属
１２１  基体金属１２の先端面
１２２  基体金属１２の有底筒孔
１３  易電子放射性物質部
１３１  易電子放射性物質部１３の先端面
１４  基体金属
【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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