JP2003187741A - 放電ランプ用電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ランプ点灯時におけるモールド部からの電子
放射性物質の蒸発を抑制し、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、さらには高輝度化に
伴い投入電力が増大しても、陰極先端部の熱的変形や蒸
発を防止した放電ランプ用電極を提供することにある。 【解決手段】 ショートアーク型放電ランプの放電空間
を形成するバルブ内に対向する１対の電極を配置し、電
極の一方に電子放射性物質を含む高融点金属部４２から
なるモールド部４を有する放電ランプ用電極において、
モールド部４の先端部に電子放射性物質を含まない高融
点金属からなる蓋状体４３を形成したことを特徴とす
る。

Description

【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、電子放射性物質をモー
ルドしたショートアーク型放電ランプの電極構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ショートアーク型放電ランプ
は、石英ガラス等の光透過性材料からなるバルブ内に発
光に関与する物質として希ガスや水銀等を封入し、バル
ブ内に一対の対向して配置された電極間でアーク放電を
発生させて、所望の波長の光を発光させている。そし
て、これらのショートアーク型放電ランプの電極には、
電極から電子を容易に放出させるための電子放射性物質
（エミッター部材）が含有されている。

【０００３】しかし、このようなランプは、ランプ点灯
中に、電極先端部から電子放射性物質が蒸発するため、
電極に含有されている電子放射性物質が枯渇し、ランプ
始動時に立ち消えが発生するという問題が発生する。

【０００４】従来、これらの問題を解決するために、モ
ールド部を用いた電極構造が提案されており、例えば、
特開平９−３０６４２１号によれば、陰極先端部に電子
放射性物質として酸化トリウムを含む混合体を埋設し、
この混合体の先端部側の酸化トリウムの濃度を２〜１５
％とし、後端部側の酸化トリウムの濃度を１０〜４０％
とすることが記載されている。この発明では、陰極先端
部の電子放射性物質の枯渇をこの混合体の後端部にある
高濃度の電子放射性物質から補填しようとするものであ
る。

【０００５】また、特開平１１−２９７１９６号によれ
ば、粒子状のバリウム系の電子放射性物質とタングステ
粉末との混合粉末からなる一次成形体を陰極先端に圧潰
し、その後、この一次成形体が挿入された状態で焼結す
る製造方法について記載されており、この発明では、陰
極先端部に形成された混合体の密度を高くできるので、
電子放射性物質の蒸発を少なくすることができるという
ものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の各公報
に開示された発明は、共に電子放射性物質を含有する陰
極先端部がランプ点灯時に直接アークに曝されるため
に、必然的に陰極先端部に在る電子放射性物質が蒸発し
て、陰極外部に放出されてしまう。特に、電子放射性物
質として融点が低いバリウム系材料を用いた場合は、そ
の傾向が顕著である。つまり、単に、陰極先端部から電
子放射性物質が枯渇しないように電子放射性物質を供給
するやり方では、蒸発した電子放射性物質がバルブ内部
に付着し、バルブの失透や白濁が発生し、ランプの照度
に低下をきたすという問題が発生する。さらに、近年の
ランプの高寿命化が要求されている状況下では、電子放
射性物質の蒸発等によるランプの照度維持率の低下は致
命的な問題である。

【０００７】また、前記の各公報に開示された発明で
は、陰極先端部から電子放射性物質が蒸発すると、蒸発
後に、陰極先端部に微小な空隙が発生する。この微小空
隙を発生した陰極先端部は、熱伝導率が低下するために
異常加熱され、陰極先端部が局所的に溶融し変形してし
まうという問題も発生する。

【０００８】さらに、市場からのランプの高輝度化の要
求に伴い電極への入力電流等が高くなり、結果として電
極先端部の温度が上昇することにより、陰極先端部から
の電子放射性物質の蒸発に伴う微小空隙が発生する。該
空隙が発生すると陰極先端部が熱的に耐えられず変形し
てしまう。また、係る傾向はランプの高輝度化に伴う投
入電力の増大に伴い益々顕著となる。

【０００９】本発明の目的は、上記の従来技術に係る種
々の問題点に鑑みて、ショートアーク型放電ランプの陰
極先端部に電子放射性物質を配置したモールド部におい
て、ランプ点灯時におけるモールド部からの電子放射性
物質の蒸発を抑制すると共に、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、さらには高輝度化
に伴い投入電力が増大しても、陰極先端部が熱的に変形
したり、蒸発したりすることのない電極構造を有する放
電ランプ用電極を提供することにある。

【００１０】

【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。

【００１１】第１の手段は、ショートアーク型放電ラン
プの放電空間を形成するバルブ内に対向する１対の電極
を配置し、前記電極の一方に電子放射性物質を含む高融
点金属からなるモールド部を有する放電ランプ用電極に
おいて、前記モールド部の先端部に電子放射性物質を含
まない高融点金属からなる蓋状体を形成したことを特徴
とする。

【００１２】第２の手段は、第１の手段において、前記
蓋状体を構成する部材の平均粒径は、前記モールド部の
電子放射性物質を含む高融点金属の部分の平均粒径より
大きいことを特徴とする。

【００１３】第３の手段は、第１の手段または第２の手
段のいずれか１つの手段において、前記蓋状体の厚さ
は、０．１ｍｍないし１．０ｍｍの範囲にあることを特
徴とする。

【００１４】第４の手段は、第１の手段ないし第３の手
段のいずれか１つの手段において、前記蓋状体を構成す
る部材は、タングステンまたはタンタルから構成されて
いることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１ないし
図４を用いて説明する。図１は、本発明に係る放電ラン
プ用電極を用いたショートアーク型放電ランプを示す図
である。同図において、１はショートアーク型放電ラン
プ、２はショートアーク型放電ランプの発光管部、３は
ショートアーク型放電ランプの封止部、４はショートア
ーク型放電ランプの陰極、５はショートアーク型放電ラ
ンプの陽極である。

【００１６】同図に示すように、ショートアーク型放電
ランプ１は、中央部に略球状の石英ガラスからなる発光
管部２とその両端に封止部３とが形成され、発光管部２
の内部には水銀、キセノン、希土類金属等の発光に関与
する物質が封入され、陰極４と陽極５とが対向配置され
ている。

【００１７】図２は本発明に係る放電ランプ用電極４の
一部の構成を示す断面図、図３は図２に示す放電ランプ
用電極４の拡大図である。

【００１８】これらの図において、４１は陰極本体、４
２は電子放射性物質とタングステン等の高融点金属材料
との混合体からなるモールド部、４３はモールド部４２
の先端部に形成された電子放射性物質を含まないタング
ステンやタンタル等の高融点金属材料からなる蓋状体で
ある。

【００１９】ここで、蓋状体４３は、モールド部４２の
先端上に略円錐形状で平均的な厚さが０．１〜１ｍｍの
範囲に形成されており、また、図３に示すように、蓋状
体４３を構成する高融点金属材料の平均粒径は、モール
ド部４２を構成する電子放射性物質を含む高融点金属部
分の平均粒径より大きくなるように構成されている。

【００２０】ここで、蓋状体４３を構成する高融点金属
材料の平均粒径をモールド部４２を構成する電子放射性
物質を含む高融点金属部分の平均粒径より大きくする理
由は、蓋状体４３を構成する高融点金属材料の結晶粒径
が小さいと、結晶間の壁面である粒界面を電子放射性物
質が熱拡散により蒸発する経路が多数できるために、電
子放射性物質が過剰に蒸発してしまう。さらに、陰極先
端のアークに直接曝される表面積が増大し、結果とし
て、蓋状体４３のタングステンの蒸発量が増大し、ラン
プバルブの黒化、さらにはランプの低寿命化の原因とな
る。

【００２１】一方、前記平均粒径が大き過ぎると、電子
放射性物質の供給経路となる結晶粒界が少なくなるた
め、陰極先端への電子放射性物質の供給が不足し、陰極
先端は、アーク放電を安定化させるために温度を上昇さ
せて熱電子の放出を図ろうとする。そのため、陰極先端
部の温度が異常に上昇して、先に述べたと同様に、蓋状
体４３の変形やタングステンの蒸発によるバルブの黒化
等が発生する原因となる。

【００２２】従って、蓋状体４３を構成する高融点金属
材料の平均粒径をモールド部４２を構成する電子放射性
物質を含む高融点金属部分の平均粒径より大きくするも
のの、その大きさは過大または過小とならないような適
正な大きさを有する結晶粒径に設定することが必要であ
る。

【００２３】このように、本発明に係る放電ランプ用電
極４は、モールド部４２の先端部には、電子放射性物質
が含まれず、タングステン等の高融点金属材料からなる
蓋状体４３が形成されているので、モールド部４２が直
接アーク放電に曝されることがなく、モールド部４２か
らの電子放射性物質の蒸発を抑制することができ、結果
として、電子放射性物質の蒸発によるバルブの失透や白
濁を軽減することができる。

【００２４】また、本発明に係る放電ランプ用電極４に
よれば、蓋状体４３の高融点金属材料の粒径がモールド
部４２の電子放射性物質を含む高融点金属部分の粒径よ
り大きくなるように構成されているので、蓋状体４３に
電子放射性物質が粒界拡散により適度に供給されるの
で、アーク放電を安定化させると共に、電子放射性物質
の過剰な蒸発によるバルブの失透や白濁を抑制すること
ができ、さらには電子放射性物質の蒸発による微小空隙
の発生を無くすることができ、陰極先端の変形を抑制す
ることができる。

【００２５】本発明では、蓋状体４３をモールド部４２
上に０．１〜１ｍｍの範囲の厚さ（平均的な厚さ）で形
成したが、この厚さを０．１ｍｍ以上とすることにより
電子放射性物質の過剰蒸発を抑制することができ、ま
た、厚さを１ｍｍ以下とすることにより電子放射性物質
の供給不良によるアーク放電の不安定や点灯時の立ち消
え現象を抑制することが可能となる。

【００２６】また、蓋状体４３に使用する高融点金属材
料として、タングステンやタンタル等の比較的入手が容
易な材料を使用しているので、その他の高融点金属材料
を用いる場合に比べてコストの低減を図ることができ
る。

【００２７】次に、本発明に係る放電ランプ用電極の製
造方法について説明する。

【００２８】まず、粒径の異なる、主として１０μｍ粒
径のタングステン粉末と電子放射性物質とを混合し、ス
テアリン酸を加え、その後プレス機で圧縮してモールド
部４２となる成形体を作製する。次に、この成形体を水
素気流中で仮焼結し、陰極本体４１の先端に形成された
凹状部にモールドチップとして詰め込む。次に、前記仮
焼結されたモールドチップを構成する電子放射性物質を
含むタングステン粉末の粒径より平均粒径の大きなタン
グステン粉末をモールドチップの先端部上にプレスし、
その後焼結して蓋状体４３となる陰極先端部を形成す
る。次に、陰極先端部を所定の陰極形状となるよう切削
加工して、図２ないし図３に示すような、陰極４を得
る。

【００２９】図４は、本発明に係る放電ランプ用電極と
従来技術に係る放電ランプ用電極との照度維持率の時間
的変化を示す図である。

【００３０】同図において、横軸は点灯時間（Ｈ）、横
軸は照度維持率（％）であり、同図は、点灯時間の経緯
と共に、本発明に係る放電ランプ用電極と従来技術に係
るモールド部を放電空間に直に露出した放電ランプ用電
極との照度維持率の変化を示している。

【００３１】同図から明らかなように、従来のモールド
部を直に露出した放電ランプ用電極では、使用開始と共
に２００時間経過時点までに急激に照度維持率（％）が
８０％まで低下し、その後も徐々に照度維持率（％）は
低下して、２０００時間経過後には、約６０％の照度維
持率（％）にまで低下している。それに対して、本発明
に係る放電ランプ用電極によれば、使用開始と共に急激
な照度維持率の低下は見られず、その後、照度維持率は
徐々に低下していくが、２０００時間経過後において
も、照度維持率（％）が約８０％に保持されている。

【００３２】この試験結果からも分かるように、本発明
の放電ランプ用電極によれば、モールド部からの電子放
射性物質の蒸発を抑制され、電子放射性物質の蒸発によ
るバルブの失透や白濁が軽減されていることが理解され
る。

【００３３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、モール
ド部の先端部に電子放射性物質を含まない高融点金属か
らなる蓋状体を形成したので、電子放射性物質の蒸発や
蒸発によるバルブの失透や白濁を軽減することができ、
また、陰極先端部には電子放射性物質が含まれていない
ので、陰極先端部がアーク放電に曝されても、先端部に
微小空隙の発生がなく、微小空隙が形成されることによ
る先端部の異常加熱による陰極先端部の変形や蒸発を防
止することができる。

【００３４】請求項２に記載の発明によれば、蓋状体を
構成する部材の平均粒径は、モールド部の電子放射性物
質を含む高融点金属部分の平均粒径より大きくしたの
で、結晶間の壁面である粒界面を電子放射性物質が熱拡
散により蒸発する通路が抑制され、そのため電子放射性
物質が過剰に蒸発してしまうことを防止することができ
る。また、蓋状体のアークに直接曝される表面積が抑制
されるので、結果として、蓋状体を構成する部材の蒸発
量が増大することによるランプバルブの黒化やランプの
寿命低下を防止することができる。

【００３５】請求項３に記載の発明によれば、蓋状体の
厚さを、０．１ｍｍないし１．０ｍｍの範囲に形成した
ので、電子放射性物質の過剰蒸発を抑制することができ
ると共に、電子放射性物質の供給不良によるアーク放電
の不安定や点灯時の立ち消え現象を防止することがで
き、また、各種のランプ定格に応じて厚さをこの範囲で
任意に設定することが可能となる。

【００３６】請求項４に記載の発明によれば、蓋状体を
構成する部材として、タングステンまたはタンタルを用
いたので、これらの部材は比較的入手が容易であり、そ
の他の高融点金属材料を用いる場合に比べてコストの低
減を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放電ランプ用電極を用いたショー
トアーク型放電ランプを示す図である。

【図２】本発明に係る放電ランプ用電極の一部の構成を
示す断面図である。

【図３】図２に示す放電ランプ用電極の拡大図である。

【図４】本発明に係る放電ランプ用電極と従来技術に係
る放電ランプ用電極との照度維持率の変化を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ ショートアーク型放電ランプ ２ 発光管部 ３ 封止部 ４ 陰極 ４１ 陰極本体 ４２ モールド部 ４３ 蓋状体 ５ 陽極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ショートアーク型放電ランプの放電空間
   を形成するバルブ内に対向する１対の電極を配置し、前
   記電極の一方に電子放射性物質を含む高融点金属からな
   るモールド部を有する放電ランプ用電極において、 前記モールド部の先端部に電子放射性物質を含まない高
   融点金属からなる蓋状体を形成したことを特徴とする放
   電ランプ用電極。
2. 【請求項２】 前記蓋状体を構成する部材の平均粒径
   は、前記モールド部の電子放射性物質を含む高融点金属
   の部分の平均粒径より大きいことを特徴とする請求項１
   に記載の放電ランプ用電極。
3. 【請求項３】 前記蓋状体の厚さは、０．１ｍｍないし
   １．０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載の放電ランプ用電極。
4. 【請求項４】 前記蓋状体を構成する部材は、タングス
   テンまたはタンタルから構成されていることを特徴とす
   る請求項１ないし請求項３のいずれか１つの請求項に記
   載の放電ランプ用電極。