JP2002260580A

JP2002260580A - 放電灯用電極

Info

Publication number: JP2002260580A
Application number: JP2001060507A
Authority: JP
Inventors: Naoyoshi Akiyoshi; 直義秋吉; Toru Fujikawa; 徹藤川
Original assignee: Toho Kinzoku Co Ltd
Current assignee: Toho Kinzoku Co Ltd
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-09-13

Abstract

(57)【要約】【課題】キセノンランプや超高圧水銀灯ランプ等の放
電灯に用いられる電極の放熱性を高め、より安定した放
電が行われるようにすること。【解決手段】タングステンを主成分とする棒状の電極
本体の外周部にタングステンを主成分とするブッシュを
嵌着した。このブッシュを多孔質体として形成し、外周
部に凹凸を設けておくのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キセノンランプや
超高圧水銀灯ランプ等の放電灯に用いられる電極に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】放電灯は一般照明用光源、プロジェクタ
ー用光源、フォトレジスト露光装置用光源、紫外線硬化
装置用光源等として従来から広く使用されている。図４
は従来の放電等の例としてキセノンランプの構造を例示
するもので、石英バルブ１内にタングステンやトリタン
（トリエーテッドタングステン）の電極を対向させて設
けている。同図の３’はカソード電極、４はアノード電
極である。石英バルブ１の内部にはキセノンガスが封入
されている。

【０００３】この種の放電灯において、使用時に陰極
（カソード）が極度に高温となるとアークが不安定とな
り、放電特性が劣化するため、棒状の電極本体の外周部
に放熱層を設けたものが提案されている（特開２０００
−３０６５４６）。この公報に記載されている陰極の放
熱層は、電極本体の外周面にタングステン粉末を燒結し
たものであるが、このような粉末を燒結した放熱層では
なく、電極本体に放熱用の筒状コイルを巻きつけたもの
も開発されている。図５はこの放電電極の例を表すもの
で、先端が尖った丸棒状の電極本体Ｂの外周部に、タン
グステン製のコイルＣが嵌着されている。

【０００４】なお、アークの発生状態が悪いと、カソー
ドの付け根付近から周辺の金具に向かって放電すること
があり、このアークによってカソード周辺の金具が損傷
するおそれがある。このため、上記放熱用のコイルの空
隙部に低仕事関数物質、例えば酸化バリウム（ＢａＯ）
や酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）を含浸させて、放電の
開始を容易にし、安定した放電を維持することも行われ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、放電電極の
温度が極端に上昇すると、アークの安定性が悪化する
が、上記従来の放電電極のように、棒材の電極本体にコ
イルを巻付けた構造では、電極本体とコイル外周面との
接触が線接触となり、接触面積が小さいので、電極本体
からコイルへの熱の移動量が少なく、効果的な放熱が行
われにくいという問題点があった。そこで、本発明は、
上記電極本体の外周面にタングステン粉末を燒結した放
熱層を設けたり、電極本体に筒状のコイルを巻付けた従
来の放電電極を改良し、より効果的な放熱が行われるよ
うにすることを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明はつぎのような構成とした。すなわち、本発
明にかかる放電灯用電極は、タングステンを主成分とす
る棒状の電極本体と、該電極本体の外周部に設けられた
筒状体からなり、前記筒状体は、タングステンを主成分
とするブッシュであることを特徴としている。

【０００７】本発明の放電灯用電極は、タングステンを
主成分とする電極本体の外周部に設ける筒体として、従
来のコイルではなく、タングステンを主成分とするブッ
シュを用いるので、当該ブッシュ内面が棒状の電極本体
の外周部に接触する。このため、電極本体からブッシュ
への熱の移動量が大きく、電極本体の異常昇温を効果的
に防止することができる。なお、前記ブッシュを多孔質
体として形成しておけば、放電性を改良する物質を含浸
させておくことができるので効果的である。また、ブッ
シュの外周面に凹凸を形成しておけば、ブッシュ外面の
表面積が増大する結果、放熱性が向上する。特にこのブ
ッシュの外周面にラジエータ状のフィンを多数形成して
おくのが効果的である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。図１は放電灯の１種であるキセノンランプの構成を
表す説明図であって、このキセノンランプ１は石英バル
ブ２の内部に陰極（カソード）３と陽極（アノード）４
が設けられ、石英バルブ２の内部にはキセノンガスが封
入されている。

【０００９】陰極３は、図２に示すように、先端の尖っ
た陰極本体３ａの外周部に筒状のブッシュ５を嵌着した
もので、基部側にはリード棒６が接続され、気密封止部
７で封止されている。また、陽極４は上記図１に示すよ
うに、陰極３よりも径の大きい丸棒状の本体４ａの端部
にリード棒８が接続されたもので、これも気密封止部７
で封止されている。なお、陽極本体４ａの先端部は平ら
な頂面４ｂを有する円錐状に成形されているが、これを
半球状にしてもよい。

【００１０】ブッシュ５はタングステンの燒結体からな
るもので、中心部に電極（陰極）本体３ａが嵌合する貫
通穴が設けられている。また、ブッシュ５の外周部に
は、フィン状の突起１０が多数設けられている。

【００１１】この実施形態における陰極用のブッシュ５
は多孔質体として形成され、その多孔部分に低仕事関数
物質、例えば酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ストロンチ
ウム（ＳｒＯ）が含浸されている。なお、図示例では、
陽極４にはブッシュが設けられていないが、陰極と同様
なタングステン燒結体のブッシュを設けておいてもよ
い。この場合、陽極用のブッシュには上記のような低仕
事関数物質を含浸する必要がない。このため、陽極用の
ブッシュは陰極用ブッシュ５よりも緻密に製作しておく
のが好ましい。さらに、上記陰極用のブッシュも場合に
よっては緻密な材質のものとすることができる。

【００１２】上記陰極３と陽極４とは共にタングステン
を主成分とするもので、このうち陰極３はトリヤが添加
されたトリエーテッドタングステンである。一方、陽極
４は、純タングステンであるが、再結晶温度を上昇させ
るうえで、タングステンに酸化ランタン（Ｌａ₂ Ｏ
₃ ）、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ）、酸化セリウム
（ＣｅＯ₂ ）等の高融点酸化物の１種又は２種以上が微
量に添加されたものが好ましい。これら高融点酸化物の
添加量は、通常は総量で０．０１〜０．３重量％であ
る。

【００１３】この放電等用の電極、すなわち陰極３と陽
極４は、公知の粉末冶金法によって製造することができ
る。陽極４の場合は、タングステン粉末に上記高融点酸
化物粉末を添加混合し、プレス成形と燒結を行ってイン
ゴットとした後、鍛造、機械加工等の必要な加工を施し
て所定形状とする。なお、タングステン粉末に対する高
融点酸化物の添加は、粉末で添加混合する方法のほか、
塩化物、硝酸塩等の化合物溶液をタングステン粉末に添
加し、再度還元を行う方法を採用することもできる。

【００１４】原料であるタングステン粉末は、純タング
ステン粉末でもよいが、アルミニウム、カリウム、ケイ
素等の化合物（ドープ剤）を微量に添加したいわゆるド
ープタングステン粉末を用いる方が高温特性が優れてい
るので好ましい。粉末の粒度は、一般に粉末冶金で用い
られる粒度であり、通常は数ミクロン乃至数十ミクロン
である。また、成形圧力は所望の強度の成形体が得られ
る圧力であり、通常は１５００ｋｇｆ／ｃｍ² 程度であ
る。さらに上記燒結温度は、通常は約３０００℃以上で
ある。燒結温度が低いと十分な密度が得られず、陽極と
しての使用に適さない。なお、燒結後における上記ドー
プ剤の残存量は、カリウム（Ｋ）が主であり全部で６０
ｐｐｍ程度である。

【００１５】一方、陰極３の場合は、タングステン粉末
にトリア（酸化トリウム）粉末を所定量混合して上記と
同様な方法で製作すればよい。この場合は、ドープ剤や
高融点酸化物の添加は必要ではない。

【００１６】上記ブッシュ５は、タングステン粉末を押
出成形、射出成形、金型（プレス）成形等の適当な成形
法で成形し、脱脂して比較的低温で仮燒結する方法や、
タングステン粉末をプレス成形した後仮燒結し、所定形
状に機械加工する方法等で比較的簡単に製作することが
できる。得られたブッシュの中空部に電極本体を挿通
し、熱処理（ブッシュの燒結と、該ブッシュの収縮によ
る電極本体への締まり嵌め）を行った後、さらに本燒結
を行う。この本燒結は、例えば真空中で２２００℃程度
の高温に加熱することによって行われる。この燒結によ
りブッシュと電極本体とが一体化した放電電極が得られ
る。なお、上記熱処理と本燒結とを一度に行ってもよ
い。

【００１７】図３は上記と異なる実施形態を表すもの
で、同図（ａ），（ｂ）に示す実施形態では、陰極用ブ
ッシュ２０が陰極本体３ａに嵌合する筒部２１と該筒部
から半径方向に突出する板状の突起２２，…とで構成さ
れている。これら突起は凸部であり、その間隔部は凹部
となっている。また、図３（ｃ），（ｄ）はさらに異な
る実施形態を表すもので、この実施形態では、ブッシュ
３０が陰極本体３ａに嵌合する筒部３１と該筒部の外周
部に形成された軸方向の筋状の突起３２，…とで構成さ
れている。これら突起の間隔部は溝状の凹部となってい
る。ブッシュの外周部に設ける凹凸の形状はこれらに限
らず、熱放散性に優れている種々の形状の凹凸を設けて
おくことができる。

【００１８】このようにして得られる放電灯用電極は、
棒状の電極本体の外周部に凹凸を有するブッシュが嵌着
されているので、放電開始時に陰極側のブッシュの凸部
から陽極側に向かってアークが発生し、次いで当該アー
クの発生位置が徐々に陰極先端部に移行する。このた
め、安定した放電を確保することができる。また、ブッ
シュの内面が電極本体に密着しているので、該電極本体
からブッシュへの熱の移動が良好に行われる。さらに、
ブッシュの外周面には凹凸が形成されているので、その
分だけ表面積が増加する結果、熱の放出が良好に行われ
る。

【００１９】さらに、ブッシュを上記実施形態における
ような多孔質体として製作しておけば、その多孔部分に
放電性を改良するための低仕事関数物質を多量に含浸保
持させることができるので有利である。この場合、多孔
性の調節は容易であるから、用途に応じて最適の多孔性
をもつものとすればよい。また、粉末成形で製作するの
で、好みの形状寸法に製作するのが容易であり、放熱効
果に優れたものとすることができる。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかる放電灯用電極は、良好な放電開始状態が得られ
ると共に、電極本体の熱を良好に放出することが可能と
なり、安定した性能を得ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】キセノンランプの構造を表す断面図である。

【図２】陰極の側面図である。

【図３】上記と異なる陰極の側面図（ａ）及び断面図
（ｂ）、及び更に異なる陰極の側面図（ｃ）及び断面図
（ｄ）である。

【図４】従来の陰極を備えた放電灯の説明図である。

【図５】従来の陰極の説明図である。

【符号の説明】

１キセノンランプ２石英バルブ３陰極４陽極５ブッシュ１０，１１突起

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タングステンを主成分とする棒状の電極
本体と、該電極本体の外周部に設けられた筒状体からな
り、前記筒状体は、タングステンを主成分とするブッシ
ュであることを特徴とする放電灯用電極。
【請求項２】前記ブッシュが多孔質体として形成され
ている請求項１に記載の放電灯用電極。
【請求項３】前記ブッシュの外周部は複数の凸部を有
する凹凸形状に形成されている請求項１または２に記載
の放電灯用電極。