JP3257473B2 - 放電ランプ用陰極の製造方法 - Google Patents
放電ランプ用陰極の製造方法Info
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Description
の製造方法に関する。
くするという理由から酸化トリウムを含むタングステン
が使われる。しかし、酸化トリウムは動作温度が高いの
で、タングステンの蒸発を招き、電極の先端が磨耗して
変形するという問題や、蒸発したタングステンが発光管
の内面に付着するという問題を起こす。
のエミッターをタンスグテンに含ませた陰極もある。こ
のバリウム系エミッターは動作温度が低く、すなわち低
い温度で放電動作を起こすことができるので、タングス
テンの蒸発という上記問題を生じさせることは少ない。
その一方で、バリウム系エミッターを外表面、すなわち
発光空間にあまりに多く露出させると、このエミッター
自体が蒸発を起こしかねない。従って、バリウム系エミ
ッターを使った陰極では、このバリウム系エミッターの
発光空間への露出面積を小さくするとともに、陰極の内
部にバリウム系エミッターを蓄積させて、良好に先端の
アーク放出部分まで導くことが必要となる。
エミッターを使った陰極であって、当該バリウム系エミ
ッターの先端露出面積を小さくするとともに、かつ、放
電動作中に良好にエミッターを先端に供給することがで
きる陰極の新規な製造方法に関する。
ンプ用陰極の製造方法は、以下の工程で製造することを
特徴とする。すなわち、(1).基体金属の一端を穴加工
する工程。(2).この穴にエミッターを含む円柱状の第
1成形品を挿入する工程。(3).第1成形品の上に、タ
ングステンを主成分とした円筒状の第2成形品を挿入す
るとともに、この第2成形品の穴にエミッターを含む円
柱状の第3成形品を挿入する工程。(4).この状態で加
圧した後に焼結して、さらに高温加熱状態においてスエ
ージ処理をする工程。(5).所望の形状に切削加工する
工程。
穴の内径をd0、前記第1成形品の外径をD1、及び前
記第2成形品の外径をD2とした場合に、d0 > D
1=D2 > d0−(0.1)であることを特徴とす
る。さらに、前記第2成形品の内径をd2、前記第3成
形品の外径をD3とした場合に、d2 > D3 >
d2−(0.1)であることを特徴とする。さらに、前
記基体金属の穴の深さをL0、穴の内径をd0とした場
合に、10×d0 ≧ L0 ≧ 1/(2×d0)で
あることを特徴とする。さらに、前記第1〜第3成形品
の前記基体金属の穴に挿入する前の成形時における圧力
は、1〜2Ton/cm2 であり、これら成形品を前記
基体金属の穴に挿入した後に加圧する際の圧力は、3〜
10Ton/cm2 であることを特徴とする。さらに、
前記における焼結は、1500〜1700℃で行われ
ることを特徴とする。
製造された陰極を示す。基体金属11はタングステンや
モリブデンなどの高融点金属からなり、先端(陽極と対
向する側)は円錐形状をなしている。この円錐部分の内
部にはバリウム系エミッターを含むエミッター含有部1
2を有し、このエミッター含有部12から小径のエミッ
ター供給路13が続いて発光空間に導かれる。基体金属
11の後端には金属箔溶接部14が形成される。
す。発光管21の中には陰極22と陽極23が対向配置
する。陰極22と陽極23は後端で金属箔と接続されて
気密に封止される。発光管21の中には、発光物質とし
て水銀、点灯用ガスとしてアルゴンなどが封入される。
ランプは、例えば、定格25V、250Wの高圧水銀ラ
ンプ、又は定格25V1000Wの高圧キセノンランプ
又は高圧水銀ランプである。
明する。まず、基体金属を製造する。高融点金属である
タングステンを、例えば外径D0はφ5mm、長さ30
mmに切断加工する。次に、この切断加工された基体金
属の一端に内径d0、長さL0の穴を設ける。例えばd
0が1.5mm、L0が6mmである。また、基体金属
の他端には、モリブデンなどの金属箔を溶接するための
加工も行う。この状態の基体金属を図3に示す。そし
て、次の工程まで保管させる。
る。バリウム系エミッター粉末とタングステン粉末を所
定量だけ秤量して混合させる。バリウム系エミッターと
は、具体的にはBa1.8Sr0.2Ca1.0WO61.0などで
ある。そして、この混合粉末をプレス成形することで第
1成形品、第3成形品を作る。このときのプレス圧力
は、例えば、1Ton〜2Ton/cm2 である。この
ときの第1成形品は外径D1、長さL1とし、第3成形
品は外径D3、長さL3とする。一例をあげれば、D1
は1.4、L1は3.5、D3は0.4、L3は2.5
である(単位はすべてmm)。このようにして作った第
1成形品、第3成形品を図4(a)、(b)に示す。そ
して、次の工程まで保管する。
グステンの粉末粒子を大、中、小を所定量それぞれ秤量
して、均一に混合させる。大きさの一例をあげれば、大
粒子は10μ7g、中粒子は4μ2g、小粒子は1μ1
gである。このように大中小を混合させる理由は先端高
温部分が長期動作において変形しないためである。混合
タングステン粉末は、プレス成形することで第2成形品
を作る。このときのプレス圧力は1Ton〜2Ton/
cm2 である。この理由は、1Tonより低圧だと成形
品はハンドリングできない。また、2Tonよりも高い
と基体金属の穴に入れてプレスしても締まりがなく、穴
内にうまく溶接しないからである。このときの第2成形
品は外径D2、内径d2、長さL2とする。一例をあげ
れば、D2は1.4、d2は0.5、L2は2.5であ
る(単位はすべてmm)。このようにして作った第2成
形品を図5に示す。そして、次の工程まで保管する。
挿入する。図6に示すように基体金属の穴に第1〜第3
成形品を挿入するが、第1成形品(図中1で示す)を基
体金属11の穴の奥に挿入して、その次に、第2成形品
(図中2で示す)に設けられた穴の中に第3成形品(図
中3で示す)を挿入してこの組み合わせを基体金属の穴
に挿入する。挿入方法は、第2成形品の穴の中に第3成
形品を挿入した後、この組み合わせを基体金属に挿入し
てもよいが、この方法に限られず、第2成形品を基体金
属の穴の中に挿入した後、第3成形品を挿入してもよ
い。
に挿入された各成形品に対して、パンチ70を使ってプ
レスする。このときのプレス圧力は、3Ton〜10T
on/cm2 である。この理由は、3Ton以下の場合
は、密度が十分に上がらず点灯中に電極先端が摩耗す
る。10Ton以上の場合は、パンチが機械強度的に持
たず、また、基体金属11が割れることがあるからであ
る。
温度は1500℃〜1700℃が好ましい。この理由
は、1500℃以下の場合は焼結が不十分であり点灯中
に変形を生じ、また、1700℃以上の場合はエミッタ
ーが蒸発してしまうからである。次に、温度を若干下げ
て、例えば1000℃〜1500℃、図7に示したよう
なパンチで加圧する。これにより焼結された各成形品が
さらに高密度となる。
を行う。ここでいう所望の電極形状とは基体金属の先端
を円錐形状にすることである。図8は、このようにして
完成した陰極の先端部分を示す。エミッタ含有部12は
第1成形品よりなり、供給路13は第3成形品よりな
る。供給路13の周囲のタングステン13Aは第2成形
品よりなる。そして、供給路13の先端は、その先端面
のみが露出する形状をとることが好ましい。すなわち、
供給路(第3成形品の外径)に相当するだけの平面部を
先端に設けることである。このようにして完成した電極
は、ランプを製造する工程まで湿度のないところで保管
される。
を表す。(1)本発明の製造方法による陰極を具えた放電
ランプ、すなわち、バリウム系エミッターを含む供給路
とその後端のエミッター含有部を有するもの(以下、
「本発明ランプ」と称する、(2)従来の構造の陰極、す
なわち、バリウム系エミッターを含むものであるが先端
外表面において発光空間に露出された領域の多いもの、
を具えた放電ランプ(以下、「従来ランプ1」と称す
る)、(3)バリウム系エミッターを含むものではなく酸
化トリウムよりなる陰極を具えた放電ランプ(以下、
「従来ランプ2」と称する。ランプは陰極の構造以外は
同一であり、すべて定格電流10A、定格電力250W
で点灯する。
明ランプと従来ランプ1は約1500℃であるのに対
し、従来ランプ2は約2200℃である。これは、バリ
ウム系エミッターを使ったランプは酸化トリウムに比較
して動作温度が低いので、タングステンの蒸発、電極の
先端が磨耗、変形、蒸発したタングステンの発光管内面
に付着という問題を起こさないことを示す。
ランプ2の光出力を100としたときに、本発明ランプ
は95、従来ランプ1は85となった。これは、従来ラ
ンプ2は陰極先端径が小さいのでアーク輝点も小さくな
るからである。これに対して、本発明ランプは陰極先端
のアーク放出部分が小さいのでアーク輝点も小さくな
り、このため高い光出力を有する。その一方で、従来ラ
ンプ1は陰極先端のアーク放出部分が大きいのでアーク
輝点が広がってしまい、その分だけ光出力が低下してし
まう。
明ランプは2000時間点灯後に0.05mm、である
のに対し、従来ランプ1は同じ時間で0.3mm、従来
ランプ2は1000時間の点灯で0.6mmであった。
本発明ランプが従来ランプ2より極端に磨耗が小さいの
は、前述のように、陰極の動作温度が低いからである。
また、本発明ランプは陰極先端部分が熱伝導性の良いタ
ングステンで囲まれているので後方に熱を良好に逃がす
ことが出来るので従来ランプ1よりも磨耗が小さいもの
と考えられる。
の50%)を比較すると、本発明ランプが8000時
間、従来ランプ1が4000時間、従来ランプ2が10
00時間である。
示すように、第1成形品は基体金属の穴の内径よりも、
ずっと小さい外径を有する円柱状よりなり、この第1成
形品はタングステンを主成分とする円筒状の第4成形品
4の穴の中に挿入されて、これら組み合わせ体が基体金
属11の穴の中に挿入される。従って、第4成形品の外
径D4は、基体金属11の穴の内径d0とほぼ等しい値
となり、具体的には、「d0> D4 > d0−
(0.1mm)」の関係が成り立つ。また、第4成形品の
内径d4は、第1成形品の外径D1とほぼ等しい値をな
り、具体的には、「d4 > D1 > d4−(0.
1mm)」の関係が成り立つ。このような構造とするこ
とで、エミッター含有部の体積は小さくなるが、小さく
ても十分に足りるような場合には、第1成形品の大きさ
に応じて段差のある穴を基体金属に設ける必要がなくな
るという利点を有する。
す。
った放電ランプを示す。
態を示す。
Claims (9)
- 【請求項1】 以下の工程で製造することを特徴とする
放電ランプ用陰極の製造方法。 (1).基体金属の一端を穴加工する工程。 (2).この穴にバリウム系エミッターを含む円柱状の第
1成形品を挿入する工程。 (3).第1成形品の上に、タングステンを主成分とした
円筒状の第2成形品を挿入するとともに、この第2成形
品の穴にバリウム系エミッターを含む円柱状の第3成形
品を挿入する工程。 (4).この状態で加圧した後に焼結して、さらに高温加
熱状態においてスエージ処理をする工程。 (5).所望の形状に切削加工する工程。 - 【請求項2】前記基体金属の一端に設けられた穴の内径
をd0、前記第1成形品の外径をD1、及び前記第2成
形品の外径をD2とした場合に、 d0 > D1=D2 > d0−(0.1mm) であることを特徴とする請求項1に記載する放電ランプ
用陰極の製造方法。 - 【請求項3】前記第2成形品の内径をd2、前記第3成
形品の外径をD3とした場合に、 d2 > D3 > d2−(0.1mm) であることを特徴とする請求項1に記載する放電ランプ
用陰極の製造方法。 - 【請求項4】前記基体金属の穴の深さをL0、穴の内径
をd0とした場合に、 10×d0 ≧ L0 ≧ 1/(2×d0) であることを特徴とする請求項1に記載する放電ランプ
用陰極の製造方法。 - 【請求項5】前記第1〜第3成形品の前記基体金属の穴
に挿入する前の成形時における圧力は、1〜2Ton/
cm2 であり、 これら成形品を前記基体金属の穴に挿入した後に加圧す
る際の圧力は、3〜10Ton/cm2 であることを特
徴とする請求項1に記載する放電ランプ用陰極の製造方
法。 - 【請求項6】前記(4)における焼結は、1500〜17
00℃で行われることを特徴とする請求項1に記載する
放電ランプ用陰極の製造方法。 - 【請求項7】前記(2)の工程において、バリウム系エミ
ッターを含む円柱状の第1成形品は、タングステンを主
成分とした円筒状の第4成形品の穴の中に挿入されて、
これらの組み合わせ体を基体金属の穴に挿入することを
特徴とする請求項1に記載する放電ランプ用陰極の製造
方法。 - 【請求項8】第4成形品の外径をD4、基体金属11の
穴の内径をd0とした場合に、 d0 > D4 > d0−(0.1mm) であることを特徴とする請求項7に記載する放電ランプ
用陰極の製造方法。 - 【請求項9】 第4成形品の内径をd4、第1成形品の
外径をD1とした場合に、 d4 > D1 > d4−(0.1mm) であることを特徴とする請求項7に記載する放電ランプ
用陰極の製造方法。
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---|---|---|---|
JP26519397A JP3257473B2 (ja) | 1997-08-22 | 1997-08-22 | 放電ランプ用陰極の製造方法 |
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JPH1167077A JPH1167077A (ja) | 1999-03-09 |
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1997
- 1997-08-22 JP JP26519397A patent/JP3257473B2/ja not_active Expired - Fee Related
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