JP2732452B2 - 放電灯用電極およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、放電灯用電極およびその製造方法に関す
る。

〔技術の背景〕

高圧キセノンランプまたは高圧水銀ランプ等の高圧放
電灯は、一般に、発光管内において陽極と陰極とが対向
配置されて構成されている。

斯かる高圧放電灯を構成する陰極としては、従来、ト
リエーテッドタングステンよりなる陰極が知られてい
る。この陰極は、仕事関数が約2.60V程度であるため、
動作温度は約2000℃に設定される。すなわち、動作温度
が高すぎるとトリウム原子の蒸発が著しくなり、動作温
度が低すぎるとトリアの分解、拡散が十分に行われず、
いずれの場合にも満足な動作を示さなくなるからであ
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかし、トリエーテッドタングステンよりなる陰極は
上記のように動作温度が概して高いので、以下の問題が
ある。

（１）高圧放電灯を点滅を繰返して使用する場合におい
ては、約300回の点滅により陰極の先端が単結晶化して
トリアの拡散性が悪化し、その結果使用に耐えないもの
となる。

（２）高圧放電灯を連続点灯して使用する場合において
は、約1000〜2000時間の連続点灯により上記（１）と同
様にトリアの拡散性が悪化し、その結果使用に耐えない
ものとなる。

（３）陰極の先端の消耗が著しく、そのため電極間距離
が次第に拡大して輝点の位置が変位する。その結果、高
圧放電灯を光学系に組込んで使用する場合には輝点の位
置が光学系の焦点から早期に変位して支障を生ずる。

本考案は以上の如き事情に基づいてなされたものであ
って、その目的は、使用寿命の長い放電灯用電極および
その製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、電極基
体と、この電極基体の先端に固定された電極部とを備え
てなり、前記電極部は、バリウム系のエミッター物質を
低濃度で含有しかつ先端がコーン状で空洞部を有する外
殻と、この外殻の空洞部に嵌合装着された、バリウム系
のエミッター物質を高濃度で含有するエミッター補給源
よりなる内殻とを有し、前記外殻および内殻が同時に焼
結処理されて両者が連結固定されたことを特徴とする。

請求項２の発明は、バリウム系のエミッター物質と高
融点金属の粉末との混合物をプレス成形して先端がコー
ン状の有底筒状の未焼結外殻を形成する工程と、バリウ
ム系のエミッター物質と高融点金属の粉末との混合物を
プレス成形してエミッター補給源よりなる未焼結内殻を
形成する工程と、前記未焼結外殻に前記未焼結内殻を嵌
合装着した状態で両者を同時に焼結処理して一体的に連
結固定して電極部を形成する工程とを含むことを特徴と
する。

〔作用〕

請求項１の発明によれば、電極部を構成する外殻がバ
リウム系のエミッター物質を低濃度で含有するので、仕
事関数が約1.5〜1.8V程度に低下し、従って、動作温度
を1000℃程度にまで低くすることができ、電極部の早期
消耗を抑制することができる。しかも、外殻の空洞部に
嵌合装着された内殻がバリウム系のエミッター物質を高
濃度で含有するエミッター補給源よりなるので、当該エ
ミッター物質が外殻に徐々に拡散してそのコーン状の先
端に良好に補給され、エミッター物質の機能が長期間に
わたり安定に発揮される。しかも、外殻および内殻が同
時に焼結処理されて両者が連結固定されているので、電
極部の熱伝導が阻害されることがなく、電極部の過熱を
十分に防止することができる。

請求項２の発明によれば、未焼結外殻に未焼結内殻を
嵌合した状態で両者を同時に焼結処理して一体的に連結
固定して電極部を形成するので、外殻と内殻との結合が
強固となる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

〔実施例〕

（実施例１） 本実施例においては放電灯用電極について説明する。

本実施例の放電灯用電極は、第１図に示すように、電
極基体10と、この電極基体10の先端に固定された電極部
20とを備え、電極部20は、バリウム系のエミッター物質
を低濃度で含有しかつ先端31がコーン状で内部に空洞部
32を有する外殻30と、この外殻30の空洞部32に嵌合装着
された、バリウム系のエミッター物質を高濃度で含有す
るエミッター補給源よりなる内殻40とを有し、外殻30お
よび内殻40が同時に焼結処理されて両者が連結固定され
てなる。

電極基体10において、11は電極部20を固定するための
筒部、12は円柱状の胴部、13は金属箔との溶接部であ
る。電極基体10は例えばモリブデン、タンタル等の高融
点金属よりなり、電極部20は筒部11に嵌合されて例えば
カシメ等により挟圧された状態で電極基体10に固定され
ている。

外殻30は例えばタングステンを主体としこれにバリウ
ム系のエミッター物質を低濃度で含有してなり、その濃
度は例えば５〜20重量％程度が好ましい。この濃度が過
大のときはエミッター物質の蒸発が過剰となって早期に
黒化現象が発生する。一方、この濃度が過小のときはエ
ミッター物質による機能が不十分となり、点灯不良とな
る。

外殻30の空洞部32に嵌合装着された、バリウム系のエ
ミッター物質を高濃度で含有するエミッター補給源より
なる内殻40において、バリウム系のエミッター物質の濃
度は、例えば30〜70重量％程度が好ましい。その他の併
用物質としては、タングステン、タンタル、ジルコニウ
ム、チタン、マグネシウム、ニッケル等の単体の混合物
からなる還元剤を挙げることができる。

バリウム系のエミッター物質としては、 BaAl₄ Ba_xM_y（M;W,Mo,Ti,Zr,Ta,Ni） 等を用いることができる。

以上の構成の放電灯用電極において、さらに好ましい
条件について説明する。

（１）コーン状の先端31の角度αが50〜120°であるこ
とが好ましい。なお、この角度αは、軸Ｐに沿った切断
面における角度である。このような特定のコーン状であ
ることにより、輝度の高い輝点を形成することができる
うえ、先端の消耗を抑制することができる。

（２）空洞部32の輪郭がいわばテーパー状であって、最
大径をd₁、最小径をd₂とするとき、以下の関係を満足す
ることが好ましい。

d₁（mm）＝d₂（mm）＋（0.2mm〜0.05mm） このようなテーパー状とすることにより、外殻30を容
易にプレス成形することができる。

（３）空洞部32の最大径d₁と、外殻30の外径Ｄとが、以
下の関係を満足することが好ましい。

0.3D＜d₁＜0.8D 斯かる条件を満足することにより、外殻30の機械的強
度を高めることができ、かつ、エミッター物質の充填量
の増大を図ることができる。なお、d₁が0.8Dを超えると
きには、外殻30に内殻40を連結する時に、あるいは焼結
完了時に熱膨張の差により外殻30が壊れやすい。一方、
d₁が0.3D未満のときには、エミッター物質の充填量が不
足しやすい。

（４）外殻30の長さＬと、空洞部32の長さｌとが、以下
の関係を満足することが好ましい。

（1/10）Ｄ＜Ｌ−ｌ＜Ｄ 斯かる条件を満足することにより、コーン状の先端31
の早期変形を防止する効果を高め、内殻40からのエミッ
ター物質の補給を長時間にわたり安定化できる効果を高
めることができる。なお、Ｌ−ｌの値がＤを超えるとき
には、内殻40からのエミッター物質の補給が悪化しやす
いう一方、Ｌ−ｌの値が（1/10）Ｄ未満のときには、コ
ーン状の先端31が早期に変形しやすい。

（５）空洞部32の入口の内面32Aを滑らかな曲面状とす
ることが好ましい。すなわち、空洞部32に内殻40をスム
ーズに進入させることができる。

本実施例によれば、電極部20を構成する外殻30がバリ
ウム系のエミッター物質を低濃度で含有するので、仕事
関数が約1.5〜1.8V程度に低下し、従って、動作温度を1
000℃程度にまで低くすることができ、電極部20の早期
消耗を抑制することができる。しかも、外殻30の空洞部
32にバリウム系のエミッター物質を高濃度で含有するエ
ミッター補給源よりなる内殻40が嵌合装着されたうえ、
外殻30および内殻40が同時に焼結処理されて連結固定さ
れているので、当該エミッター物質が外殻30に徐々に拡
散してそのコーン状の先端31に良好に補給され、エミッ
ター物質の機能が長期間にわたり安定に発揮されるとと
もに、熱伝導が十分となって電極部20の過熱を有効に防
止することができる。

このように、先端31の消耗が抑制されるため、輝点の
位置が長期間にわたり安定に維持され、光学系と組合せ
て用いる場合に、長期間にわたり安定に使用でき、ま
た、エミッター物質の機能が長期間にわたり安定に発揮
されるため、放電灯用電極の使用寿命が格段に向上す
る。

実際に、上記放電灯用電極を用いて構成した高圧放電
灯を点滅を繰返して使用する場合においては、約10,000
回の点滅使用にも十分に耐えうるものであった。また、
連続点灯して使用する場合においては、約7,000時間の
連続点灯使用にも十分に耐えうるものであった。

第２図は本実施例の放電灯用電極を用いて構成された
放電灯の一例を示し、61はガラス製発光管、62は本実施
例の電極と同一構成の陰極、63は陽極、64は陰極側口
金、65は陽極側口金、66は陰極リード、67は陽極リード
である。

（実施例２） 本実施例においては、放電灯用電極の製造方法につい
て説明する。

本実施例においては、バリウム系のエミッター物質と
高融点金属の粉末との混合物をプレス成形して、第３図
に示すように、有底筒状の未焼結外殻35を形成する。

一方、バリウム系のエミッター物質と高融点金属の粉
末との混合物をプレス成形して、第４図に示すように、
エミッター補給源よりなる未焼結内殻45を形成し、そし
て、未焼結外殻35に未焼結内殻45を嵌合装着した状態で
両者を同時に焼結処理して一体的に連結固定する。

そして、この焼結体の先端側（第４図において破線で
示す）を切削加工してコーン状の先端31を形成して、電
極部20を形成する。

このようにして形成した電極部20を、電極基体10の先
端に形成した筒部11に嵌合し、次いで、筒部11を例えば
かしめて電極部20を挟圧して固定し、もって第１図に示
した構成の放電灯用電極を製造する。

本実施例の製造方法によれば、未焼結外殻35に未焼結
内殻45を嵌合装着した状態で両者を同時に焼結処理して
一体的に連結固定して、電極部20を形成するので、外殻
30と内殻40との連結が十分となり、エミッター補給源か
らのエミッター物質の補給が円滑となるうえ、熱伝導が
よくて電極部20の過熱を有効に防止することができ、信
頼性の高い放電灯用電極を製造することができる。

〔発明の効果〕

請求項１の発明によれば、動作温度を低くできるため
電極の消耗を抑制でき、しかもエミッター補給源により
エミッターが絶えず補給され、これらの結果、放電灯用
電極の使用寿命が格段に向上する。そして、熱伝導がよ
いので電極部の過熱を招来しない。

請求項２の発明によれば、未焼結外殻35に未焼結内殻
45を嵌合装着した状態で両者を同時に焼結処理して一体
的に連結固定して、電極部を形成するので、外殻と内殻
との連結が十分となり、エミッター補給源からのエミッ
ター物質の補給が円滑となるうえ、熱伝導がよくて電極
部の過熱を有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例、第２図は放電灯の一例を示
す説明図、第３図は外殻を示す説明図、第４図は外殻の
空洞部にエミッター補給源が充填された状態を示す説明
図である。 10……電極基体、11……筒部 12……胴部、13……溶接部 20……電極部、30……外殻 31……先端、32……空洞部 35……未焼結外殻、40……内殻 45……未焼結内殻、61……ガラス製発光管 62……陰極、63……陽極 64,65……口金、66,67……リード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−168963（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−23064（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−70478（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−12669（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−165661（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭48−11984（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極基体と、この電極基体の先端に固定さ
   れた電極部とを備えてなり、 前記電極部は、バリウム系のエミッター物質を低濃度で
   含有しかつ先端がコーン状で空洞部を有する外殻と、こ
   の外殻の空洞部に嵌合装着された、バリウム系のエミッ
   ター物質を高濃度で含有するエミッター補給源よりなる
   内殻とを有し、 前記外殻および内殻が同時に焼結処理されて両者が連結
   固定されたことを特徴とする放電灯用電極。
2. 【請求項２】バリウム系のエミッター物質と高融点金属
   の粉末との混合物をプレス成形して先端がコーン状の有
   底筒状の未焼結外殻を形成する工程と、バリウム系のエ
   ミッター物質と高融点金属の粉末との混合物をプレス成
   形してエミッター補給源よりなる未焼結内殻を形成する
   工程と、前記未焼結外殻に前記未焼結内殻を嵌合装着し
   た状態で両者を同時に焼結処理して一体的に連結固定し
   て電極部を形成する工程とを含むことを特徴とする放電
   灯用電極の製造方法。