JPH02220346A

JPH02220346A - 重水素放電管の傍熱陰極

Info

Publication number: JPH02220346A
Application number: JP1041001A
Authority: JP
Inventors: Koji Kawai; 浩司河合
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1989-02-21
Filing date: 1989-02-21
Publication date: 1990-09-03
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: US5159236A; JP2741235B2; ATE131311T1; DE69023938D1; EP0384406B1; EP0384406A1; DE69023938T2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は分析、定量測定用光源などに使用されるガス放
電管の傍熱陰極に関するものである。

「従来の技術」ガス放電管の一例としての重水素ランプ（１）は第５図
に示すように、透明で密閉した容器（２）内に、陽極（
３）、陰極（４）、遮蔽電極（５）を設け、この遮蔽電
極（５）には電子集光部としての小孔（６）が穿設され
るとともに光透過孔（７）が形成されている。

このような構成において、陰極（４）を加熱するととも
に陽極（３）と陰極（４）間に電圧を印加すると、陽極
（３）から小孔（６）を経て陰極（４）との間にアーり
放電が生じる。その陽光が小孔（６）で絞られて点光源
となり光透過孔（７）より放射される。

このような重水素ランプ（１）に使用される傍熱陰極に
は、本出願人が先に提案した特公昭６２−５６６２８号
公報がある。これは第３図に示すように、モリブデンな
どの耐熱性かつ熱良導性の円筒（８）の外壁に、タング
ステンフィラメント材からなる２重コイル（９）を巻回
し、この２重コイル（９）の１次コイル間内部と２次コ
イル間内部にバリウム、ストロンチウム、カルシウムの
単体または混合状態の炭酸塩を塗布した電子放射物質（
１０）を形成し、前記円筒（８）の内部にはコイル状の
加熱用ヒータ（１１）を設け、前記円筒（８）はサポー
ト（１２）によってヒータ（１１）と導通状態に連結し
て、放電管内に装着する。放電管を真空状態（１０−３
ｔｏｒｒ以下）にして、ヒーター（１１）に通電すると
、前記炭酸塩は熱分解反応を起こし酸化物陰極からなる
電子放射物質（１０）が形成される。

［発明が解決しようとする課題」従来の陰極は、予熱時Ｗｐｒ＝６．３７Ｗ（Ｗｐｒは陰
極が放電を開始するのに要する熱量で１便宜上、円筒表
面温度が７００℃に達するのに要する熱量）。

動作時Ｗｏｕ＝２．４Ｗ（Ｗｏｕは陰極に加熱用ヒータ
から放電中に加える熱量で１強制加熱と呼ばれる）、Ｗ
ｏｕ／Ｗｐｒ＝０．３８と予熱時および動作時に多量の
熱量を要していたため、従来の直熱タイプと比べ次のよ
うに仕様値に差があった。

以上の特性かられかることは、従来の傍熱陰極は予熱電
流、動作電圧が直熱陰極に比べ高かったため、直熱陰極
（１０ｖタイプ）仕様のランプとの互換性がないという
問題があった。

本発明は、傍熱陰極の小形化、長寿命化、予熱電流の低
下等によって直熱陰極と互換性のあるものを得ることを
目的とする。

［課題を解決するための手段」本発明は放電電流が０．２〜０．４Ａの放電管において
、陰極表面積（ＳＳ）を１０〜３０■２の範囲内に設定
したものである。また１円筒はモリブデン、ニッケル、
またはこれらの合金からなり、この円筒内に、絶縁用ア
ルミナコーティングを施こした加熱用ヒータを挿入して
、これらの間隔（ＳＯ）をＯ，１ｍ＋ｍ以下とし、かつ
この加熱用ヒータのコイル間隔（ＣＤ）を０．１５＋＋
ｕ＋＋以下とするか、前記円筒と加熱用ヒータ間にアル
ミナを充填して隙間をなくすことによって、放電電流０
．２〜０．４Ａのとき、Ｗｏｕ（強制加熱熱量）／Ｗｐ
ｒ（放電開始熱量）を０．３以下としたものである。さ
らに、加熱用ヒータはタングステンおよびその合金から
なり、その線径（ｄ）を０．０５〜０．１８ｍｍの範囲
内に設定したものである。さらにまた、放電電流０．２
〜０．４Ａのとき、陰極の電子放射物質の表面積（ＳＫ
）を、　１．５ｍｍ”以上で陰極表面積以下の範囲内と
したものである。

「実施例」以下、本発明の詳細な説明する。

ガス放電管用陰極が動作する際の熱供給源はつぎの２種
類に大別される。

（１）放電による陰極表面のイオン衝撃および陰極表面
の中間生成層（電子放射物質と基体金属との間に放電中
に形成される高い絶縁性の酸化物層）内で発生するジュ
ール熱等により発生する自己加熱（Ｗｓａ）。

（２）陰極内に組み込まれた加熱用ヒータに熱エネルギ
ーを外部電源より加える強制加熱（Ｗｏｕ）。

ここで熱陰極を考える上で重要なことは、上記の自己加
熱と強制加熱で陰極表面に発生した熱量が、陰極表面か
らランプ内のガス中への伝導、輻射、サポートからの熱
伝導による損失と、熱陰極が安定して動作するに要する
熱量（Ｗｏｐ）が熱平衡に達している必要があることで
ある。この残量熱量が、Ｗｏｐを下回ると放電場所が不
安定となり、発振現象等を起こし、光出力の変動に至る
。

上記関係をグラフ化すると第１図のようになる。

この第１図において、　ＷｐｒｃｃＷｏｐ、またはＷｐ
ｒ幻Ｗｏｐと考えられるｍ　Ｗｐｒ、　Ｗｏｐは、前述
の熱損失が、陰極とガスとの接触面積と比例関係にある
。

この場合、円筒とアルミナコーテイング後の加熱用ヒー
タとの間隔が０．１ｍ／ｍ以下で、またコイル間隔（Ｃ
Ｏ）が０．１５＠／ｍ以下であると、円筒と加熱用ヒー
タは、はぼ接触状態にある。または、アルミナを充填し
一体化した状態にある。そのため、熱損失量は陰極表面
積（ＳＳ）と比例関係にあると考えられる、これらモデ
ルを数式化すると、ＷｐｒｃｃＷｏｕ＋Ｗｓｅ＝Ｗｏｐ　　　−−−（１）
Ｗｐｒｃｃ　Ｃ１・ＳＳ＋　Ｃ，−（２）Ｗｏｕｏｅ　
Ｃ，・ＳＳ＋　Ｃ４−（３）ＷｓｓｃｃＣｓ　　　　　
　　　　・・・（４）Ｃ２＞Ｃ，・・・（５）ここでＣ工、Ｃ，、Ｃ，、Ｃ４，Ｃ，・・・定数、（Ｃ
２およびＣ４はサポートからの熱伝導等による損失熱量
）上記式（２）、（３）より、となり、これをグラフ化すると、第２図のような関係に
なる。

これかられかることはＳＳが小さいほど、Ｗｐｒは小さ
くなる。また、Ｗｐｒに対しＷｏｕが小さい割合ですみ
、省エネルギー動作の陰極が得られるということである
。

実際、これを確かめる実験を行ないつぎのような結果を
得た。

なお、放電電流ＩＰが０．３Ａ、サポートがモリブデン
からなる直径０．１５＋ｍｍのものを使用した。

また、Ｗｏｕは８０％以上のテストランプで寿命１５０
０時間以上達した値を採用した。ここで、ランプ寿命と
は、光出力変動が０．０５％ｐ−ｐ以内のものをいうも
のとする。このようにしてＩｐ＝０．３ＡでＷｏｕ／Ｗ
ｐｒ＜０．３が達成できた。

ただし、ＳＫは１　、５＋ｕａ２以上必要である。これ
以下だと、陰極の放電電流密度が課題となり、陰極物質
のスパッタ現象が起き、短寿命化することが確認された
。

また、加熱用ヒータ材は、タングステンおよびその合金
で線径（ｄ）が０．０４＜ｄ＜０．１８（ａｍ）の範囲
内である。理由は、ｄ＞０．０４ｍ＋ａであると、所望
の熱量を得るためには、ヒータ温度が高すぎて、ヒータ
上に円筒との絶縁用のアルミナ（融点１７００℃付近）
が蒸発してしまうことになる。

また、ｄ＞０．１８ｍｍでは、コイリングの際の形状が
大きくなり、円筒内への組み込みに際し不都合が生じる
ためである。

本発明において、陰極（４）の形状は第３図に示すよう
な円筒（８）の側面を放電に使うもの、および第４図に
示すような円筒（８）の上端面を放電に使うものに適用
できる。ＳＤとは第３図では加熱用ヒータ（１１）と円
筒（８）側面との間隔をい＼、第４図では加熱用ヒータ
（１１）と円筒（８）上端面との間隔をいう。

以上の説明に用いられた用語をまとめるとつぎの通りで
ある。

陰極表面積（ＳＳ）ＳＳ＝π（Ｄ２ＸＱ、＋Ｄ工Ｘ　（ｕｔ−Ｑｏ））電子
放射物質の表面積（ＳＫ）ＳＫ＝ｘＤ、×Ｑ。

円筒Ｄｉ（外径）、Ｄ、（内径）、Ｑｉ（長さ）コーティン
グコイル円筒の外周に装着され、電子放射物質を保持するタング
ステンおよびその合金コイル。

サポート陰極とランプ電極ピンとの放電電流の橋渡しをするため
の支持棒。

陰極円筒、コーティングコイル、サポート、電子放射物質よ
りなる構体の総称加熱用ヒータ円筒内に組み込まれ、熱源としての役割をはたす、ダブ
ルコイルまたはシングルコイル。

中間生成層電子放射物質（Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ）　Ｏと基体金属Ｗ、
Ｎｉとの間に出来る酸化物層のことで、主に放電中に形
成され、高い絶縁性を示す。

Ｗｐｒ：陰極が放電を開始するのに要する熱量。

Ｗｏｐ：陰極が放電中に安定動作するのに要する熱量で
、はぼＷｐｒに同じ。

Ｗｏｕ：陰極に加熱用ヒータから、放電中に加える熱量
０強制加熱と呼ばれる。

Ｗｓａ：陰極が放電中に、イオン衝撃および中間層中の
放電電流によるジュール熱により発生する熱量、自己加
熱と呼ばれる。この熱量は、放電電流を変えない限り一
定と考えられる。

円筒と加熱用ヒータの間隔（ＳＤ）Ｓ　Ｄ＝Ｄ、　−Ｆ　Ｄ３ＦＤ、：加熱用ヒータの外周径加熱用ヒータのコイル間隔（ＣＤ）なお、前記実施例では放電電流Ｉ　Ｐ　＝０．３Ａの場
合について説明したが、０．２〜０．４Ａの範囲内であ
ってもよい。

「発明の効果」本発明による傍熱陰極は上述のように構成したので、従
来の直熱陰極と約同仕様で、かつ特性的には直熱陰極を
しのぐものが得られた。また、従来の傍熱陰極に比し、
予熱時で７０％以下、動作時で２５％以下の消費エネル
ギーで済むという効果を有する。

ちなみに、重水素放電管で、現在予熱時、ＩＯＶ。

０．８Ａ　（８Ｗ）、動作時３．５Ｖ、０．３５Ａ（１
，２Ｗ）（７）直熱陰極を使った放電管が存在するが、
これは寿命５００時間を保証するのが限界であった。こ
れに対し、本発明による傍熱陰極によれば予熱時１０Ｖ
。

０．６５　Ａ　（６，５Ｗ　（従来の直熱タイプ比約８
０％）、動作時３．５Ｖ、０．３Ａ（１，０５Ｗ（間約
８５％））、寿命Ｉｔ　１０００時間以上のものが得ら
れた。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ陰極表面積と熱量との関
係を示す特性図、第３図は側面放電型傍熱陰極の断面図
、第４図は端面放電型の傍熱電極の斜視図、第５図はガ
ス放電管の横断面図である。（１）・・・ガス放電管、（２）・・・密閉容器、（３
）・・・陽極。（４）・・・陰極、（５）・・・遮蔽電極、（６）・・
・電子集光部、（７）・・・光透過孔、（８）・・・円
筒、（９）・・・コイル、（１０）・・・電子放射物質
、（１１）・・・加熱用ヒータ、（１２）・・・サポー
ト。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）放電電流が０．２〜０．４Ａの放電管において、
陰極表面積（ＳＳ）を１０〜３０ｍｍ＾２の範囲内に設
定してなることを特徴とするガス放電管の傍熱陰極。
（２）放電電流が０．２〜０．３Ａの放電管において、
円筒はモリブデン、ニッケル、及びその合金からなり、
この円筒内に、絶縁用アルミナコーティングを施こした
加熱用ヒータを挿入して、これらの間隔（ＳＤ）を０．
１ｍｍ以下とし、かつこの加熱用ヒータのコイル間隔（
ＣＤ）を０．１５ｍｍ以下とするか、前記円筒と加熱用
ヒータ間にアルミナを充填して隙間をなくすことによっ
て、放電電流０．２〜０．４Ａのとき、Ｗｏｕ（強制加
熱熱量）／Ｗｐｒ（放電開始熱量）を０．３以下として
なることを特徴とするガス放電管の傍熱陰極。
（３）加熱用ヒータはタングステンおよびその合金から
なり、その線径（ｄ）を０．０５〜０．１８ｍｍの範囲
内に設定してなる請求項（１）または（２）記載のガス
放電管の傍熱陰極。
（４）放電電流０．２〜０．４Ａのとき、陰極の電子放
射物質の表面積（ＳＫ）を、１．５ｍｍ＾２以上で陰極
表面積以下の範囲内としてなる請求項（１）または（２
）記載のガス放電管の傍熱陰極。