JPS6334571B2

JPS6334571B2 -

Info

Publication number: JPS6334571B2
Application number: JP54004765A
Authority: JP
Inventors: Sakae Kimura; Katsuhiro Shimura; Kenji Enokida; Hideharu Nihei
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-01-22
Filing date: 1979-01-22
Publication date: 1988-07-11
Also published as: DE3002033A1; US4303846A; JPS5598434A; DE3002033C2

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は表面に電子放射性物質を有する放電管
用電極に関する。従来閃光放電管、避雷管あるいは消弧管等の不
活性ガスが充填された放電管には、熱容量の大き
い基体金属の表面、あるいは内部に電子放射性物
質を有する電極が使用されている。このような電極が用いられる放電管の例とし
て、第１図に示す閃光放電管、第２図に示す消弧
管などがある。第１図において、電極１１はガラ
ス製外囲器１２に導入、封止されたたとえばタン
グステンからなる電極棒１３，１３の一方の先端
に固着されている。また第２図において、電極２
１はガラス製外囲器２２に導入、封止されたたと
えばニツケルからなる電極棒２３，２３の一方の
先端に固着されている。他の電極棒先端には、主
としてバリウム−アルミニウム（BaAl₄）からな
るゲツター２４が溶接されている。このような閃
光放電管あるいは消弧管は、管内にキセノンのよ
うな不活性ガスが充填されており、電極間距離、
管径、ガスの種類と圧力等に応じた放電特性を示
し、いわゆるストロボとして知られる写真撮影用
の光源として、あるいは自動調光装置回路内に組
み込まれる過電流防止用などに使用される。近年カメラ内蔵用閃光放電管のように、小型
化、即ち管径の縮小化されたものが使用される傾
向がある。したがつて耐熱性、あるいは耐イオン
撃性のより良好な電極が要請されている。ところで、タングステン、タンタル、モリブデ
ンなどは、いずれも高融点金属であり、電極材料
として好ましく、大電流を放電させる放電管の電
極として使用されている。多くの場合陰極体表面
には電子放射性物質が塗布されているか、または
基体金属中にあらかじめ、混入されている。電子
放射物質は通常酸化バリウムなどのアルカリ土類
金属酸化物あるいはクロム酸セシウムのようなア
ルカリ金属酸化物等が用いられる。電極基体の成
形、加工を容易ならしめるために、高融点金属粉
末を用い、圧粉、成形後焼結により、第１図ある
いは第２図で示した円筒状電極が作られる。電極
基体を高融点金属で構成した電極には、焼結性を
改善するためにニツケル粉あるいはコバルト粉な
ど比較的低融点を有する金属粉が添加されること
が普通である。さらに管内ガスの浄化を目的として、ゲツター
能を有するバリウム−アルミニウム合金
（BaAl₄）、チタン、ジルコニウムなどを基体金属
の構成材料として使用している場合もある。ある
いは第２図で示した消弧管のように別個のゲツタ
ーを電極に取付け、封止後放電動作前に、高周波
誘導加熱し、ゲツタフラツシユを行ない、管内不
純ガスを除去するものもある。このように種々の
電極基体金属の構成材料が提案あるいは実用化さ
れているが、既に述べた管の小型化などに伴な
い、電極に帰因する管壁黒化、電極の飛散などの
抑制が更に求められている。電極基体の構成材料の選択は非常にむずかし
く、近年電子放射物質と、焼結を促進させるため
のニツケルとが添加されたタングステンを主成分
とする放電管用電極が実用化された。この電極は
比較的小さな電流の放電を伴なう放電管としての
使用には何ら問題を生じないが、閃光放電管のよ
うな瞬間的に大電流を放電させる放電管に用いた
場合には、電極からのニツケルの蒸発が著しく、
繰り返し放電初期において黒化が発生し、寿命が
短かいなどの欠点を有する。また焼結により電極
基体を得る場合、高融点金属の使用はその焼結温
度が高くなり、電極基体を電極棒に固着せしめる
際の加工性に乏しくなるという問題がある。ニツ
ケルあるいはコバルトのような比較的低融点の金
属を焼結助剤として用いた場合には焼結は低い温
度で可能となるが、前述のように放電時における
黒化を伴なう欠点がある。また、繰返し放電の際に発生する不純ガスによ
り、放電開始電圧は増大することが知れている。
この不純ガスは第２図で示した消弧管のように別
個に設けたゲツターにより除去されるが、管の小
型化、あるいは閃光放電管のように光源として用
いる場合には、このような別個のゲツターを配設
することは好ましくない。なお、従来特開昭53−
96276号公報によりベース金属中にセシウムもし
くはセシウム化合物を、酸化セシウムに換算して
0.1〜40重量％含有すする焼結型陰極が知られて
いるが、焼結助剤を含んでいないため焼結が困難
で動作中管壁黒化の発生等を招き好ましくなかつ
た。本発明の目的は以上のような欠点を除き、初期
放電開始電圧が低く、かつ、繰り返し放電によつ
ても安定した放電開始電圧を維持し、しかも管壁
黒化発生のない長寿命の放電特性を示す焼結電極
を提供することにある。本発明は次のような考えにより達成されたもの
である。即ち、電極基体は耐熱蒸発性、耐イオン
衝撃性、およびゲツター能を有する材料から構成
されるべきであり、しかも加工性、成形性、およ
びゲツター能を考慮すれば比較的低温で焼結する
ことにより作られる必要がある。本発明による放電管用電極は前記した要求を満
足する材料から構成され、焼結された電極基体、
即ち、高融点金属粉と、ゲツター能を有する金属
粉と、焼結助剤とからなる混合粉を圧粉、成形焼
結して得られた電極基体と、前記焼結基体表面に
破着せしめた炭酸セシウムとからなる放電管用電
極である。炭酸セシウムの電極基体表面への被着
は放電管を確実に放電動作させる目的を有する。
炭酸セシウムは放電管製作時の加熱により分解し
て炭酸ガスを放出するが、このガスはゲツター能
を有する高融点金属に吸収される。従つて動作中
に不純ガスの少ない電子放電物質として適してい
る。また炭酸セシウムは一定の厚さに被覆しうる
点で優れている。高融点金属とゲツター能を有する金属と焼結助
剤との割合は、ゲツター能を有する金属５重量％
〜50重量％、焼結助剤0.1重量％〜1.0重量％、残
り高融点金属である。この組成の限定は次の理由
による即ち、ゲツター能を有する金属を５重量％
以下にすると、電極基体そのもののゲツター能が
低下し、放電に伴ない管内に発生する不純ガスを
充分吸着できなくなり、放電開始電圧が増大す
る。また50重量％以上にゲツター能を有する金属
を含む場合、熱蒸発、あるいはイオン衝撃によ
り、ゲツター能を有する金属が選択的に管壁に飛
散、蒸着し、いわゆる管壁の黒化をもたらす結果
となる。焼結助剤は後述するように超微粉からな
り、0.1重量％〜1.0重量％の添加範囲が混合粉の
流動性を改善する上にも、また焼結を促進させる
上にも好ましい。前記した高融点金属としてはタングステン、モ
リブテン、タンタル、およびニオブから選ばれた
少なくとも１種の金属からなる。ゲツター能を有
する金属としてはタンタル、チタン、ジルコニウ
ム、バナジウムおよびハフニウムから選ばれた少
なくとも１種の金属からなる。焼結助剤は粒径が
0.1μｍ以下の酸化シリコン、あるいは酸化アルミ
ニウムからなる。0.1μｍ以下と限定した理由は、
0.1μｍ以上の粒径の酸化シリコンまたは酸化アル
ミニウムの添加がその添加量に依らず焼結性の改
善にさしたる効果を有しないからである。次に本発明を実施例および比較例を用いて説明
する。実施例１平均粒径が約5μｍのタンタル粉と平均粒径が
約40μｍのチタン粉と、粒径0.05μｍ以下の酸化シ
リコン（SiO₂）粉とを25重量％チタン−0.4重量
％酸化シリコン−残りタンタルの組成で混合し、
バープレスマシンにより圧粉し、外径1.7mm、内
径0.8mm、高さ1.7mmに成形した。その後10^-5mmＨ
ｇ程度の真空中、1100℃、30分の加熱により焼結
した。このようにして得られた焼結体の圧環強度
は平均23Kg重の値を示した。焼結前の圧粉体の圧
環強度は平均0.6Kg重の値を有する。焼結後、炭
酸セシウムの10重量％エタノール溶液に漬浸させ
ることにより、焼結電極基体表面に炭酸セシウム
を1μｇ程度被着せしめた。このようにして作ら
れた電極を第１図のような構造を有する電極間距
離15mmのキセノンが封入された閃光放電管の電極
棒に固着し、印加電圧300V、トリガー電圧6KV、
使用コンデンサー容量600μFにより繰り返し放電
試験を行ない、放電開始電圧の測定、ならび管壁
の黒化の観察により、評価した。その結果は、他
の実施例にあるいは比較例の試験結果と

【表】

【表】ともに表１に示した。表１中、試料番号３に示し
たように初期放電開始電圧は150ボルトと低く、
100、1000および10000回の繰り返し放電に対して
も管壁黒化など外観の異常は全く認められず、し
かも極めて安定した放電開始電圧の値を示した。比較例１焼結助剤を添加せず、他は実施例１と同じ条
件、即ち、平均粒径が約5μｍのタンタル粉、平
均粒径が約40μｍのチタン粉とを25重量％チタン
−残りタンタルの組成で混合し、バープレスマシ
ンにより圧粉し、外径1.7mm、内径0.8mm高さ1.7mm
に成形した。また圧粉に際し、粉体の流動性が極
めて悪く、プレス押型内へのバープレスマシンの
自動供給装置による粉体の自動供給が不可能なほ
どであつた。その後10^-5mmＨｇ程度の真空中1100
℃、30分の加熱により焼結した。このようにして
得られた焼結体の圧環強度は平均12Kg重の値を示
した。この値は実施例１の場合と比較すると約２
分の１程度であつた。焼結後、炭酸セシウムの10
重量％エタノール溶液に漬浸させることにより、
焼結電極基体表面に炭酸セシウムを1μｇ程度被
着せしめた。このようにして作られた電極を実施
例１と同様な方法で閃光放電管に組み込み評価し
た。なお前記したように実施例１の場合と比較
し、圧環強度が1/2程度であるため、電極固着に
際し、割れを生ずるなどの問題が生じた。放電開
始電圧の測定および管壁黒化の観察の結果は表１
の試料番号４に示されたように初期放電開始電圧
は焼結助剤添加の実施例１の場合と同様に低い値
を示すが徐々に増大し、不安定な放電を示す。ま
た黒化も中程度生じた。実施例１および比較例１以外の電極基体材料の
組成を有する電極の閃光放電管に適用した場合の
実施例および比較例の結果を表１にまとめて掲げ
た。これらの実施例および比較例から得られた結果
より、電極基体に好適な材料および組成を見出す
ことができた。即ちチタン５重量％〜50重量％、
酸化シリコンまたは酸化アルミニウム0.1重量％
〜1.0重量％、残りタンタルからなる組成の電極
基体である。またチタンの代りにジルコニウム、
ハフニウムあるいはバナジウムを用いてもよく、
タンタルの代りにモリブデン、ニオブ、あるいは
タングステン乃至はこれらの混合物を用いた場合
でも同様の結果を得ることができた。また、炭酸セシウムの被着は放電開始電圧の増
大防止と、管壁黒化防止の双方に有効な作用を有
することが見出された。また、従来用いられているニツケル−タングス
テン系あるいはニツケル−ジルコニウム系からな
る電極基体を使用した場合は、表１の試料番号
15、16に示したようにいずれも強度の黒化を発生
し、1000回程度の寿命を示した。実施例２実施例１で示したものと同じく同様の組成、寸
法、方法で作られた電極基体に炭酸セシウムを
100μｇ被着せしめた。この場合、酢酸ブチルの
炭酸セシウム懸濁液中に電極基体を沈漬する方法
を用いた。このようにして作られた電極を第３図に示す消
弧管に組み込み、繰り返し放電試験を行なつた。
第３図において電極３１はガラス製外囲器３２に
導入、封止されたたとえばタングステンからなる
電極棒３３の一方の先端に固着してある。電極棒
３３の間に300Vを印加し、管壁より6KVのトリ
ガー電圧を印加し、繰り返し放電を行ない、寿命
を調べた。繰り返し回数10万回の放電においても
放電開始電圧ならびに電極間抵抗は安定した値を
示した。従来のクロム酸セシウム塗布の電極の場
合に比し、２乃至３倍の長寿命の消弧管を得るこ
とができた。本発明による焼結基体を消弧管に用いた場合、
ゲツターを別個に用いることなく同等、またはそ
れ以上の安定した特性を示し、従来のクロム酸セ
シウム塗布の電極に比較し、極めて管内が清浄で
あり、安定した放電開始電圧ならびに、確実に放
電動作を行ない、しかも長寿命の消弧管を得るこ
とができた。なお、圧環強度とは、JIS Z2507に
も示されているように、シリンダ状の部品をシリ
ンダ軸と垂直方向、即ち径方向に圧縮応力を加え
シリンダが座屈する力とシリンダ外径、肉厚長さ
を加味して算出される値である。従つて、焼結助
剤の粒径が0.1μｍ以下が好ましいという判断は、
圧環強度を用いて次の第２表で示される。（但し、
電極基体の組成はTa−25wt％Ti−0.4wt％SiO₂）なお、本明細書における圧環強度は、本発明及
び比較例の場合とも、同じ形状のものであり、座
屈する力を以つて圧環強度としている。

【表】即ち、表２から明らかなように、焼結助剤の粒
径が、0.1μｍ以下であれば圧環強度は、20Kg重以
上と大きくなることがわかつた。以上のように本発明の電極を用いることによ
り、管特性の優れた、しかも長寿命の放電管を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る閃光放電管の正面図、第
２図は従来の消弧管の正面図、第３図は本発明に
係る消弧管の正面図である。１１，２１，３１……電極、１２，２２，３２
……外囲器。

Claims

【特許請求の範囲】１電極棒と、タングステン、モリブテン、タン
タル、およびニオブの中から選択された単体もし
くは混合物からなる高融点金属と、この高融点金
属中に含有されかつゲツター能を有する金属と、
前記高融点金属に含有されかつ粒径が0.1μｍ以下
の酸化シリコンもしくは酸化アルミニウムの超微
粉からなる焼結助剤と、を具備し、前記高融点金
属、ゲツター能を有する金属および焼結助剤、よ
りなる焼結基体を前記電極棒に固着してなること
を特徴とする放電管用電極。２前記焼結基体の表面に炭酸セシウムを被着せ
しめてなることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の放電管用電極。３前記焼結基体の組成が５重量％〜50重量％の
ゲツター能を有する金属、0.1重量％〜1.0重量％
の焼結助剤、残りが高融点金属であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項および第２項記載の
放電管用電極。４前記ゲツター能を有する金属がチタン、ジル
コニウム、バナジウムおよびハフニウムから選ば
れた少なくとも１種の金属からなることを特徴と
する特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の放電
管用電極。