JP4233046B2 - ガス放電灯の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光源等に利用されるガス放電灯の陰極に関するものである。

ガス放電灯の陰極として、陰極本体の先端部に先端側が開口した収容室を形成し、該収容室にタングステンの高融点金属粉末とアルカリ土類金属のエミッター粉末とを混合して収容し、これを焼結して焼結体を形成し、この焼結体から電子を放出させるようにしたものがあった。

上記従来のものは、陰極本体の収容室に充填される焼結体の全体が、高融点金属粉末とエミッター粉末との混合物を焼成して形成されるようになっていたため、焼結体の結合強度が低く、加工精度を高くすることができなかった。また、高融点金属粉末の結合が不完全となって抵抗値が高くなり、局部蓄熱が発生するものであった。これは、焼結温度を上げて高融点金属粉末の結合強度を高くしようとすると、エミッター（易電子放射性物質）が蒸発して電子の放出性能が低下するため、該焼結温度をエミッターの蒸発温度以下にする必要があったことに起因する。
特開平８−７７９６７号公報

本発明は、電子を放出させる焼結体の先端部（表層部）をタングステン粉末または顆粒タングステン焼結体同士が直接接触して焼結する多孔質焼結体とし、該多孔質焼結体の空隙部に内層部で溶融した易電子放射性物質を含浸させることにより、製造容易にして高精度に加工できる新規なガス放電灯の製造方法を得ることを目的とする。

請求項１に係る発明は、陰極本体の先端部に先端側が開口した収容室を設け、該収容室の底部側に粉状にした少なくとも易電子放射性物質粉末を充填し、前記収容室の先端側にタングステン粉末または顆粒タングステン焼結体を充填し、これらを易電子放射性物質の溶融温度以上の温度で加熱して先端側に前記易電子放射性物質粉末の溶融物が含浸された多孔質焼結体を形成する構成にしたものである。
請求項２に係る発明は、陰極本体の先端部に先端側が開口した収容室を設け、粉状にした少なくとも易電子放射性物質粉末と、タングステン粉末または顆粒タングステン焼結体を予め焼結した多孔質焼結体とを設け、前記易電子放射性物質粉末を前記収容室の底部側に収容し、前記多孔質焼結体を前記収容室の先端側に嵌合させ、これらを易電子放射性物質の溶融温度以上の温度で加熱して前記多孔質焼結体の空隙部に前記易電子放射性物質粉末の溶融物を含浸させる構成にしたものである。
請求項３に係る発明は、前記多孔質焼結体の先端部を山形または曲面にしたものである。

請求項１に係る発明は、収容室の先端側に形成される多孔質焼結体は、タングステン粉末同士、または顆粒タングステン焼結体同士が直接接触して焼結されることになるので、これらの結合強度が高くなる。特に、顆粒タングステン焼結体は、比較的低い温度で焼結し易いので、易電子放射性物質を蒸発させない低い温度で焼成しても強固に結合することになる。また、多孔質焼結体内に形成される各空隙部は互いに連続して形成され、該各空隙部に、底部側に収容した易電子放射性物質粉末の溶融物が含浸されることになる。

このため、陰極の先端部を山形あるいは曲面に加工する際に、この加工が高精度に行なえることになる。また、陰極の先端部は顆粒タングステン焼結体同士が直接結合するので抵抗値が低くなり、放熱が良好となって局部蓄熱が発生しなくなる。また、易電子放射性物質は、焼成による蒸発（劣化）が防止されるので、本来の機能が十分に発揮されることになる。

請求項２に係る発明は、収容室の先端側の多孔質焼結体は、タングステン粉末または顆粒タングステン焼結体を収容室に嵌合させる前に焼結させたので、易電子放射性物質に左右されることなく、高温で焼結させることができ、より結合強度の高い、かつ抵抗値の低い多孔質焼結体を得ることができる。また、陰極本体に形成した収容室の底部側に易電子放射性物質粉末を、先端側に上記多孔質焼結体を嵌合させた後、これらを加熱して易電子放射性物質粉末を溶融させ、これを上記多孔質焼結体に含浸させるようにしたので、上記加熱する温度は、専ら易電子放射性物質に適した温度に設定することができ、易電子放射性物質を効率よく多孔質焼結体に含浸させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図面において、図１は本発明が適用されるガス放電灯の部分断面側面図、図２は本発明による陰極の部分断面側面図、図３〜図６は本発明による陰極の製造工程を示し、図３は易電子放射性物質粉末とタングステン粉末との混合物の充填工程を示す要部拡大断面図、図４は顆粒タングステン焼結体の充填工程を示す要部拡大断面図、図５は焼結工程を示す断面図、図６は加工工程を示す断面図、図７は他の実施例による収容室への多孔質焼結体の圧入状態を示す要部拡大断面図、図８は易電子放射性物質が含浸された多孔質焼結体の拡大断面図である。

図１において、１はキセノンガスと水銀を発光させてファイバースコープ用、あるいは露光用の光源等に利用されるガス放電灯であり、バルブ２、陰極３、陽極４、陰極３及び陽極４に通電する導電箔５、及び口金６を主要部品として構成される。

上記陰極３は、図２に示すようになっている。即ち、モリブデン製の陰極本体３１の陰極本体３１の先端部に先端側が開口した有底円筒状の収容室３２が形成され、該収容室３２の底部側に易電子放射性物質を有する複合焼結体３３が収容され、先端側に易電子放射性物質が含浸された多孔質焼結体３４が、上記複合焼結体３３と一体的に結合されて収容されている。上記陰極３の先端部は円錐状に加工されて尖鋭とし、その頂部に上記多孔質焼結体３４が露出し、この部からアークが安定して放電されるようになっている。

上記陰極３は以下の如くして製造する。即ち、図３に示すように、収容室３２を上向きにして陰極本体３１をホルダー１０に嵌合させ、電子放射性物質（エミッタ）のみの粉末、またはタングステン粉末と電子放射性物質の粉末とを体積比約５：５の割合で略均一に混合させた混合物３３ａを上記収容室３２の底部側に収容し、該混合物３３ａをパンチ１１により加圧して圧縮する。上記タングステン粉末は粒径約３μｍの粉末となっており、また、上記電子放射性物質粉末はアルミン酸バリウムを含むアルミン酸アルカリ土類を還元活性処理されたものとなっている。

次いで、図４に示すように、上記収容室３２の上部（先端側）に顆粒タングステン焼結体３４ａを収容し、該顆粒タングステン焼結体３４ａをパンチ１１により加圧して圧縮する。上記顆粒タングステン焼結体３４ａ粒径約２０μｍの粉末となっている。次いで図５に示すように、上記混合物３３ａ及び顆粒タングステン焼結体３４ａが充填された陰極本体３１を炉（水素炉）１２に収容し、易電子放射性物質の溶融温度となる約１７００℃以上で加熱し、顆粒タングステン焼結体３４ａを焼成して多孔質焼結体３４にするするとともに、底部側の易電子放射性物質を溶融させて該溶融物を多孔質焼結体３４内に含浸させる。３３は混合物３３ａが焼成された複合焼結体３３であり、この部に残留した易電子放射性物質は、多孔質焼結体３４内に含浸された易電子放射性物質の溶融物が消耗した際の補給用となる。

次いで、図６に示すように、上記陰極本体３１及び多孔質焼結体３４の先端部を砥石１３により研削して円錐状にし、図２に示すように頂部に尖鋭な多孔質焼結体３４が露出する陰極３を得る。なお、前述した顆粒タングステン焼結体３４ａは、粒径約３μｍのタングステン粉末としてもよい。

図７は他の実施例を示す。図７において、１０はホルダー、３１は陰極本体３１であり、これらは前述したものと略同構造となっている。３４’は多孔質焼結体である。該多孔質焼結体３４’は収容室３２に収容する前に、タングステン粉末または顆粒タングステン焼結体３４ａを型に入れて焼成し、外径が収容室３２の内径よりも若干大径となる円柱状に形成されたものである。この多孔質焼結体３４’は、図７に示すように、収容室３２の底部側に混合部３３ａを収容した後、パンチ１１により加圧して上記収容室３２の上部（先端側）に圧入する。該圧入した後は、前述した図５に示すように、炉（水素炉）１２内に収容して約１７００℃以上で加熱し、底部側の易電子放射性物質を溶融させて該溶融物を多孔質焼結体３４’内に含浸させる。

次いで、図６に示すように、上記陰極本体３１及び多孔質焼結体３４’の先端部を砥石１３により研削して円錐状にし、図２に示すように頂部に尖鋭な多孔質焼結体３４が露出する陰極３を得る。

上記実施例によれば、収容室３２の先端側に形成される多孔質焼結体３４は、タングステン粉末または顆粒タングステン焼結体３４ａ同士を直接接触させて焼成したので、図８に示すように、各顆粒タングステン焼結体３４ａ同士が融着して強固に結合する。特に比較的低い温度で完全焼結し易い顆粒タングステン焼結体３４ａの場合は、易電子放射性物質を蒸発させない約１７００℃であっても円滑に焼結することになり、結合強度が高くなって後工程で高精度に加工することができるとともに、陰極３の抵抗値が低くなり、放熱が良好となって局部蓄熱が発生しなくなる。しかも、各顆粒タングステン焼結体３４ａ同士が融着により成される各空隙部は互いに連続することになり、この部に含浸された易電子放射性物質の溶融物３３ｂは連続することになる。このため、陰極３の電子の放出性能が高くなる。

さらに、収容室３２の先端側に位置する多孔質焼結体３４（３４’）の空隙部に、収容室３２の底部側に収容した混合物３３ａから易電子放射性物質の溶融物を含浸させるようにしたので、多孔質焼結体３４（３４’）への易電子放射性物質の含浸が容易かつ安定して行なえることになる。

本発明が適用されるガス放電灯の部分断面側面図である。 本発明による陰極の部分断面側面図である。 易電子放射性物質粉末とタングステン粉末との混合物の充填工程を示す要部拡大断面図である。 顆粒タングステン焼結体の充填工程を示す要部拡大断面図である。 焼結工程を示す断面図である。 加工工程を示す断面図である。 他の実施例による収容室への多孔質焼結体の圧入状態を示す要部拡大断面図である。 易電子放射性物質が含浸された多孔質焼結体の拡大断面図である。

符号の説明

１ ガス放電灯
２ バルブ
３ 陰極
３１ 陰極本体
３２ 収容室
３３ 複合焼結体
３３ａ 混合物
３３ｂ 溶融物
３４（３４’） 多孔質焼結体
３４ａ 顆粒タングステン焼結体
４ 陽極
５ 導電箔
６ 口金
１０ ホルダー
１１ パンチ
１２ 炉
１３ 砥石

Claims (3)

1. 陰極本体（３１）の先端部に先端側が開口した収容室（３２）を設け、該収容室（３２）の底部側に粉状にした少なくとも易電子放射性物質粉末（３３ａ）を充填し、前記収容室（３２）の先端側にタングステン粉末または顆粒タングステン焼結体（３４ａ）を充填し、これらを易電子放射性物質の溶融温度以上の温度で加熱して先端側に前記易電子放射性物質粉末（３３ａ）の溶融物が含浸された多孔質焼結体（３４）を形成したことを特徴とするガス放電灯の製造方法。
2. 陰極本体（３１）の先端部に先端側が開口した収容室（３２）を設け、粉状にした少なくとも易電子放射性物質粉末（３３ａ）と、タングステン粉末または顆粒タングステン焼結体（３４ａ）を予め焼結した多孔質焼結体（３４’）とを設け、前記易電子放射性物質粉末（３３ａ）を前記収容室（３２）の底部側に収容し、前記多孔質焼結体（３４’）を前記収容室（３２）の先端側に嵌合させ、これらを易電子放射性物質の溶融温度以上の温度で加熱して前記多孔質焼結体（３４’）の空隙部に前記易電子放射性物質粉末（３３ａ）の溶融物を含浸させたことを特徴とするガス放電灯の製造方法。
3. 多孔質焼結体（３４，３４’）の先端部を山形または曲面にしたことを特徴とする請求項１または２記載のガス放電灯の製造方法。

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