JP3999663B2 - Direct heating type electrode for gas discharge tube and gas discharge tube - Google Patents

Description

ショットキー効果関連の式

ここで、Ｉｉ：イオン電流
Ｉｅ：エミッション電流
Ｉｔｈ：熱電子電流
Ｉｓｅ：二次電子電流
Ｉｄ：放電電流
Ｖｃ：陰極降下電圧
γ：二次電子放出に関わる係数（利得）
α、Ｖｏ：パラメータ
Ｓ：電極表面積
Ａ：材料で決定される定数
Ｔ：陰極温度
ｅ：電子負荷
φ：仕事関数
ｋ：ボルツマン定数
εｏ：真空中の誘電率
Ｅ：陰極降下部の電界強度
次に、ガス放電管におけるイオン電流（Ｉｉに相当）とエミッション電流（電子：Ｉｅに相当）について考察する。電子の静止質量が９．１０９×１０^−３１ｋｇであるのに対して、元素の中で最も軽い水素でも１．６７５×１０^−２７ｋｇと電子に比べ格段に重い。更に、電離ガスは陰極に吸寄せられて衝突するのに対して、電子の場合は、陰極から引き離されることから、電離ガスの衝撃力が電子の衝撃力を上回り、電離ガスの陰極に与える損傷は電子に比べて大きい。以上のことからイオン電流の陰極に対する有害性が分かる。一方、ガス放電管の発光および放電現象の観点から見ると、電離ガスが、発光物質として寄与するほか、真空中に比べ、イオン電流に依存して多くの放電電流を空間中に引き出す効用がある。ガス放電管においては、イオン電流の功罪を加味しつつ、陰極に対する影響を最小限に保つことが寿命特性、安定性を図る上で大切である。
ボックス電位は、陰極降下電圧に近似し、ガスの励起、電離状態を相対的に示していて、電離ガス発生量の目安となる。ボックス電位が低ければ低いほど、電離ガス生成量は少ないことを意味している。
ガス放電での放電形態としては、イオン電流、熱電子放出、二次電子放出の３形態あることは、上述した。熱電子放出は、易電子放射物質としての、バリウム等の金属酸化物を加熱することで起きる。熱電子放出は、放電開始時に、ガス電離を起こし、放電を開始させる役目が有る。放電を開始した後、ガス放電の場合、易電子放射物質としての金属酸化物から放出される熱電子に引き寄せられる形で電離ガスが衝突してくる。その際、電離ガス衝突により、主に電気導体と易電子放射物質としての金属酸化物の界面上から二次電子放出が起きる。ガス放電の場合、単位面積あたりの放電電流密度が、真空放電に比べ数十倍から数百倍にもなり、全放電電流中の大半が二次電子放出で形成される。
二次電子の供給に関し、易電子放射物質としての金属酸化物の電気抵抗率は、電気導体に比べ格段に大きく、易電子放射物質としての金属酸化物単体での供給には限界があり、二次電子の供給の多くは電気導体を介して供給され、易電子放射物質としての金属酸化物との界面上から放出される。電気導体への二次電子の基となる電子供給は、直接外部回路から供給される場合と、易電子放射物質としての金属酸化物との接触面を介して行われる場合がある。電気導体と界面を成さない易電子放射物質としての金属酸化物上からも熱電子放出が起きるが、上述したように、二次電子の供給に関し、易電子放射物質としての金属酸化物単体での供給には限界があり、二次電子放出量は少なく、ガス放電中に占める易電子放射物質としての金属酸化物単体からの放電電流の絶対量はきわめて少ない。以上整理すると、ガス放電における陰極で、主に電子放出を担う場所は、電気導体と易電子放射物質としての金属酸化物界面である。
次に、図１７及び図１８を参照して、等電位界面モデルに関して説明する。図１７は、横軸をヒータ印加電圧（Ｖｆ）、つまり陰極への強制加熱量による陰極温度の増減軸とし、縦軸を陰極降下電圧（ボックス電位）（Ｖｃ）とした線図（モデル図）である。図１８は、横軸を同じくヒータ印加電圧（Ｖｆ）とし、縦軸を放電電流（Ｉｄ）とした線図（モデル図）である。ただし、図１８の放電電流（Ｉｄ）は一定として、縦軸は、熱電子電流、二次電子電流、イオン電流の構成割合（領域分布）を表している。図１７の縦軸は、高低を表している。
陰極温度の構成要因は、ヒータ印加電圧（Ｖｆ）、つまり陰極への強制加熱量の他に、電離ガスの陰極への衝突時に発生する通称、自己加熱量が有り、この合計熱量により決まる。図１７左側の陰極温度が低い、つまり強制加熱量が少ない、あるいは放熱面積が大きく、陰極からの損失熱量が多い領域では、熱電子生成量が少なく、これを補う形でイオン電流が支配的になり、陰極降下電圧が電離電圧以上となり、電離ガスの生成を加速している。この領域で、陰極表面の電位分布が不均一である場合は、イオン電流、二次電子電流の集中による局所的な放電（放電位置の偏在）が生じ易く、電離ガス衝撃による陰極表面への損傷が大きく、陰極物質材（易電子放射物質としての金属酸化物）の削り取り（スパッタ）、還元金属との酸化による安定化（鉱物化）を招き易い。
これに対して、図１７左側の陰極温度が高い、つまり強制加熱量が多い、あるいは放熱面積が小さく、陰極への蓄熱量が多い領域では、熱電子生成量が過剰となり、これを補う形でイオン電流は減少し、陰極降下電圧が電離電圧以下なる。しかし、陰極温度が上昇し陰極構成物の蒸気圧を高め、蒸発による易電子放射物質としての金属酸化物の消失を招き易い。陰極への熱量の過不足は、上述した理由により好ましくない。動作領域の目安としては、ボックス電位（陰極降下電圧）で言うと、電離電圧近辺での動作が適している。
ところで、このモデルの構成要素の中で、重要な要素として、放電面積がある。これは、関係式中の電極表面積（Ｓ）と同義とみなせる。先に述べたように、ガス放電では、電気導体と易電子放射物質としての金属酸化物界面上からの電子放出が、放電主体を成している。これに加え、温度均一性に止まらず、電位的にも均一（等電位）であるか否かによって放電面積は変わる。つまり、放電面積は等電位面の面積、あるいは等電位面部の長さに比例することとなり、等電位面が広い、あるいは長いほど、電極表面積（Ｓ：放電面積）が増加し、上記（５）式から、熱電子電流（Ｉｔｈ）の割合が増加し、上記（１）式よりイオン電流量が減少し、イオン電流、二次電子電流は等電位面に分散し、図１８のモデルの細線部（等電位化前）はモデルの太線側（等電位化後）に領域分布がシフトすることになり、上記（３）式から図１７のボックス電位（陰極降下電圧）が低下する。今回の等電位面と金属酸化物、ガスの等電位界面構造を採用し、熱電子量が増加することで、放電電流中のイオン電流量が減少し、図１７のボックス電位が下がる理由を説明できる。
以上のことから、ガス放電において、従来の等電位化されていない陰極に比べ、イオン電流量を減少させることで、単位放電面積あたりの電離ガス衝撃を緩和させることができ、その結果、陰極への負荷が軽減し、熱電子放出能の低下が少なく、寿命特性が改善され、これに伴い、放電位置の移動も少なく、安定性の改善を図れることが分かる。
次に、等電位面のガス放電管への有効性について、考察する。真空放電での放電形態としては、熱電子放出のみでほぼ言い表すことができ、ガス放電の放電形態とは異なると、先に述べた。真空放電中での放電面積は、熱電子放出面にある易電子放射物質としての金属酸化物により形成された表面積で決まるといえる。従って、熱電子放出のほか、イオン電流、二次電子放出からなる放電形態を有するガス放電管における放電面積構成要素と真空放電中の放電面積構成要素とが異なり、ガス放電における陰極で、主に電子放出を担う場所は、電気導体と易電子放射物質としての金属酸化物界面であるから、放電面として、電気導体から形成されて電位をほぼ等しくした、等電位面がガス放電において有効であることを見出した。
更に、等電位面の形成手段に使う材料をメッシュ状（細線構造）とすることで、放熱面となる表面積と、熱伝導部となる体積を極力増やさず、結果的に熱損失量を抑える。金属酸化物と等電位面の接触部を増し、結果的に放電面積を増やす。以上のことから、等電位面の形成手段に使う材料をメッシュ状（細線構造）とすることで、等電位面の効果をより高めることを見出した。
従来のように、陰極表面の電位分布が不均一である場合は、発熱量もそれに伴い不均一となるため、熱電子の生成密度も不均一となり、イオン電流、二次電子電流の集中による局所的な放電（放電位置の偏在）が生じることになる。そして、局所的な放電は、陰極物質材（易電子放射物質としての金属酸化物）の削り取り（スパッタ）、還元金属との酸化による安定化（鉱物化）、つまり熱電子放出能の低下を招き、放電位置が次なる熱電子放出特性のよい位置へと移動する。このように、局所的な熱電子放出劣化を繰り返しながら、陰極表面を劣化させることになる。また、上述した放電位置の移動により、放電自体が不安定になってしまう。
また、本発明者らは、実開昭５８−６０８５２号公報に開示されたような電極構造では、通電（始動予熱通電）時に電極と金属網とがショート（短絡）して、電位差が発生せず予熱されないために、熱陰極としての機能を発揮できない惧れがあるという問題点を有していることも見出した。
かかる調査研究結果を踏まえ、本発明に係るガス放電管用直熱型電極は、ガスが気密封止されたガス放電管に用いられるガス放電管用直熱型電極であって、易電子放射物質としての金属酸化物と、金属酸化物を加熱する加熱用ヒータと、金属酸化物の最表面側部分に当該金属酸化物に接触して設けられる電気導体とを有しており、加熱用ヒータと電気導体とは電気的に絶縁されていることを特徴としている。
本発明に係るガス放電管用直熱型電極では、電気導体により金属酸化物の表面部分に等電位面が実効的に形成されるので、形成された等電位面の広い領域で熱電子放出が起きるために放電面積が増加し、単位面積当りの電子放出量（電子放出密度）が大きくなり、放電位置における負荷が軽減されることになる。これにより、局所的な放電の発生を抑制でき、電極の長寿命化を図ることができる。また、放電位置の移動も抑制されることになるため、長時間にわたって安定した放電を得ることができる。また、電気導体は加熱用ヒータに対して電気的に絶縁された状態で設けられているので、通電時に電気導体と加熱用ヒータとが短絡するのを抑制でき、確実に予熱を行うことができる。また、放電面積が増加したことに関連して、電流密度を若干上げて、負荷をやや増す、つまり、放電電流を増しても、従来のものに比べ損傷を小さくでき、従来のものとほぼ同一形状で、大放電電流のガス放電管用直熱型電極を提供でき、パルス動作、大電流動作を実現することができる。
また、電気導体は、所定長さを有しており、加熱用ヒータの長手方向にわたって設けられていることが好ましい。このように構成した場合、電気導体により複数の放電点あるいは放電線からなる放電面の電位がほぼ等しくなり、劣化要因である金属酸化物のスパッタ、還元金属との酸化による安定化（鉱物化）、つまり熱電子放出能の低下を抑制することができ、放電位置の移動も抑制することができる。この結果、電極の長寿命化及び安定した放電を得ることができる。
また、電気導体は、メッシュ状に形成された高融点金属であることが好ましい。このように、電気導体がメッシュ状に形成された高融点金属であることにより、熱電子放出能の低下及び放電位置の移動を抑制し得る構成の電気導体を低コスト且つより一層簡易に実現することができる。また、電気導体が剛体となるために、加工が容易であると共に、金属酸化物に密接して設けることができる。また、電気導体がメッシュ状に形成された高融点金属である場合には、高融点金属と金属酸化物とが接触する箇所を容易に多く設けることができる。
また、電気導体の表面には、電気絶縁層が形成されていることが好ましい。このように、電気導体の表面に電気絶縁層が形成されることにより、放電時における電気導体と加熱用ヒータとの短絡を確実に抑制し得る構成を低コスト且つ簡易に実現することができる。
また、開口部を有する電気絶縁性部材を有し、電気絶縁性部材は、電気導体と加熱用ヒータとの間に設けられており、金属酸化物は、電気絶縁性部材の開口部を介して電気導体に接触するように設けられていることが好ましい。このように構成した場合には、放電時における電気導体と加熱用ヒータとの短絡を確実に抑制し得る構成を低コスト且つ簡易に実現することができる。
また、電気絶縁性部材は、その側壁部分に開口部が形成された筒状部材であって、加熱用ヒータは、筒状部材の内側に設けられ、電気導体は、筒状部材の外側に設けられていることが好ましい。このように構成した場合には、放電時における電気導体と加熱用ヒータとの短絡を確実に抑制し得る構成をより一層低コスト且つ簡易に実現することができる。
また、金属酸化物は、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）の内のいずれか単体の酸化物、又はこれらの酸化物の混合物あるいは希土類金属の酸化物を含んでいることが好ましい。このように、金属酸化物がバリウム、ストロンチウム、カルシウムの内のいずれか単体の酸化物、又はこれらの酸化物の混合物あるいは希土類金属の酸化物を含んでいることにより、電子放射部における仕事関数を効果的に小さくすることが可能となり、熱電子の放出が容易となる。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照しながら本発明によるガス放電管用直熱型電極の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極の概略斜視図であり、図２は、同じく第１実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極の概略断面図である。なお、図１は、易電子放射物質としての金属酸化物を設けていない状態を示している。また、本実施形態においては、ガス放電管用直熱型電極を陰極（ガス放電管用直熱型陰極）に適用した例を示す。
ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１は、図１及び図２に示されるように、加熱用ヒータ１と、メッシュ状部材３（電気導体）と、易電子放射物質（陰極物質）としての金属酸化物１０ａ，１０ｂとを有している。加熱用ヒータ１は、直径０．０７ｍｍのタングステン素線を二重に巻回したフィラメントコイルからなり、このタングステンフィラメントコイルの表面には、金属酸化物１０ａが被覆されている。
金属酸化物１０ａとしては、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）の内のいずれか単体の酸化物、又はこれらの酸化物の混合物、あるいは、主構成要件がバリウム、ストロンチウム、カルシウムの内のいずれか単体の酸化物、又はこれらの酸化物の混合物であり副構成要件がランタン系を含む希土類金属（周期律表のＩＩＩａ）である酸化物が用いられる。バリウム、ストロンチウム、カルシウムは、仕事関数が小さく、熱電子を容易に放出することができ、熱電子供給量を増加させることができる。また、副構成要件として希土類金属（周期律表のＩＩＩａ）を添加した場合、熱電子供給量を更に増加させることができると共に、耐スパッタ性能を向上することもできる。金属酸化物１０ａは、陰極物質材として金属炭酸塩（たとえば、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸カルシウム等）の形で塗布され、塗布された金属炭酸塩を真空加熱分解することにより得られる。なお、加熱用ヒータ１への通電により真空加熱分解を行う場合、直流加熱分解に比べ交流加熱分解の方が好ましい。
メッシュ状に形成されたメッシュ状部材３は、導電性を有する剛体（金属導体）で、周期律表のＩＩＩａ〜ＶＩＩａ、ＶＩＩＩ、Ｉｂ族に属し、具体的にはタングステン、タンタル、モリブデン、レニウム、ニオブ、オスミウム、イリジウム、鉄、ニッケル、コバルト、チタン、ジルコニウム、マンガン、クロム、バナジウム、ロジウム、希土類金属等の高融点金属（融点１０００℃以上）の単体金属もしくはこれらの合金からなる。本実施形態においては、直径０．０３ｍｍのタングステン素線をメッシュ状に編んだメッシュ状部材を用いている。メッシュ状部材３におけるメッシュの大きさは、８０メッシュとされている。
メッシュ状部材３は、所定長さを有しており、加熱用ヒータ１の外側に加熱用ヒータ１の長手方向にわたって、放電方向に略直交するように配設されている。このメッシュ状部材３は、易電子放射物質（陰極物質）としての金属酸化物１０ｂの最表面側部分に設けられることになる。また、メッシュ状部材３は、加熱用ヒータ１側となる面（放電面とは反対側の面）の一部あるいは全体に、電着法等により電気絶縁材料（たとえば、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリカ等）が被覆されて電気絶縁層４が形成されている。なお、メッシュ状部材３を加熱用ヒータ１の接地側の端子に接続する接続部を設け、メッシュ状部材３を確実に保持するようにしてもよい。
本第１実施形態のガス放電管用直熱型陰極Ｃ１においては、加熱用ヒータ１の外側（外周）にメッシュ状部材３を設けた状態において、メッシュ状部材３の表面側（放電面側）から上述した金属炭酸塩を塗布、充填して、充填した金属炭酸塩を真空加熱分解することにより金属酸化物１０ｂを設けるようにしている。このようにして得られた金属酸化物１０ａ，１０ｂが最終的に易電子放射物質となる。なお、金属炭酸塩は、加熱用ヒータ１の全周を覆うように塗布する必要はなく、放電面側となるメッシュ状部材３が設けられている側の部分のみに塗布するようにしてもよい。金属酸化物１０ｂとしては、上述した金属酸化物１０ａと同様に、バリウム、ストロンチウム、カルシウムの内のいずれか単体の酸化物、又はこれらの酸化物の混合物、あるいは、主構成要件がバリウム、ストロンチウム、カルシウムの内のいずれか単体の酸化物、又はこれらの酸化物の混合物であり副構成要件がランタン系を含む希土類金属である酸化物が用いられる。
金属酸化物１０ｂは、上述したようにして設けられることにより、主として加熱用ヒータ１に保持されることになり、メッシュ状部材３に接触することになる。金属酸化物１０ｂ及びメッシュ状部材３は、金属酸化物１０ｂの表面及びメッシュ状部材３の表面が放電面となるように、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の外側に露出しており、金属酸化物１０ｂの表面部分にメッシュ状部材３が接触するようになっている。
なお、上記した金属酸化物以外には、熱電子供給源としてほう化ランタン等の金属ほう化物、金属炭化物、金属窒化物等を用いることも考えられるが、これらの金属ほう化物、金属炭化物、金属窒化物等はガス放電管用の熱陰極としての熱電子供給源としての実績が乏しく、主副構成要件として加える意味はない。ただし、熱電子供給源以外の効果、たとえば放電部以外での熱放散量を抑制するための絶縁効果向上等のために陰極周辺部に使用することがある。
また、予め金属酸化物１０ｂを保持させた加熱用ヒータ１にメッシュ状部材３を接触させて配設することによりガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を構成することも可能であるが、メッシュ状部材３と金属酸化物１０ｂとを確実に接触させる状態とするためには、上述したように、加熱用ヒータ１の外側にメッシュ状部材３を配設した状態で陰極物質材としての金属炭酸塩を塗布し、その後金属炭酸塩を金属酸化物１０ｂに変えるほうが好ましい。
以上のことから、第１実施形態のガス放電管用直熱型陰極Ｃ１においては、金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）に接触してメッシュ状部材３が設けられているので、メッシュ状部材３は、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の放電面（金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）の表面及びメッシュ状部材３の表面）において等電位面を実効的に形成することになる。すなわち、メッシュ状部材３は、複数の電気配線（導電路）で構成され、かつ単一の方向へ電流が流れるよう規制されることはない。したがって、メッシュ状部材３の表面の端々間の電気抵抗は著しく小さく、メッシュ状部材３の表面においてはほぼ等電位状態となっており、複数の放電点あるいは放電線からなる放電面の電位はほぼ等しくなる。言い換えると、メッシュ状部材３により、放電面内において放電面に平行な方向に放電電流が流れ得る複数の電気回路が形成、つまり、放電電子（エミッション）の通り路（等電位回路）が複数形成されることとなる。
これにより、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１では、金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）に接触するメッシュ状部材３により等電位面が実効的に形成されるので、形成された等電位面の広い領域で熱電子放出が起きるために放電面積が増加し、単位面積当りの電子放出量（電子放出密度）が大きくなって、放電位置における負荷が軽減されることになり、劣化要因である金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）のスパッタ、還元金属との酸化による安定化（鉱物化）、つまり熱電子放出能の低下を抑制することができる。この結果、局所的な放電の発生を抑制でき、陰極の長寿命化を図ることができる。また、放電位置の移動も抑制されることになるため、長時間にわたって安定した放電を得ることができる。また、放電面積が増加することから、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の動作電圧及び発生熱量を低くすることもできる。
また、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１にあっては、放電面積が増加したことに関連して、電流密度を若干上げて、負荷をやや増す、つまり、放電電流を増しても、従来のものに比べ損傷を小さくできる。これにより、従来のものとほぼ同一形状で、大放電電流のガス放電管用直熱型陰極を提供でき、パルス動作、大電流動作の実現が可能となる。
また、メッシュ状部材３の表面には電気絶縁層４が形成されており、メッシュ状部材３は、加熱用ヒータ１に対して電気的に絶縁された状態で設けられることとなり、通電時にメッシュ状部材３と加熱用ヒータ１とが短絡するのを抑制でき、確実にガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を予熱することができる。また、メッシュ状部材３の表面に電気絶縁層４を形成することで、放電時におけるメッシュ状部材３と加熱用ヒータ１との短絡を確実に抑制し得る構成を低コスト且つ簡易に実現できる。
また、電気導体としてメッシュ状部材３を用いているので、熱電子放出能の低下及び放電位置の移動を抑制し得る構成の電気導体を低コスト且つより一層簡易に実現することができる。また、メッシュ状部材３（電気導体）が剛体となるために、加工が容易であると共に、金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）に密接して設けることができる。更に、メッシュ状部材３と金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）とが接触する箇所を容易に多く設けることができる。
なお、メッシュ状部材３におけるメッシュの大きさは、小さいほど金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）の露出面積が減少するために、金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）の耐スパッタ性が向上することになる。ただし、二次電子放出を起こすために、理論的には、金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）に衝突してくる励起あるいは電離ガスが通過する程度の大きさは必要である。また、メッシュの大きさを小さくした場合には、等電位面の面積も増加するために、放電面積をより一層増加させることができる。
メッシュ状部材３の保持は、図３に示されるように、加熱用ヒータ１の両端部のそれぞれに接合される導入線５，６のうちの一方の導入線５により行うようにしてもよい。この場合には、メッシュ状部材３に接合された保持ピン７と一方の導入線５とが接合された構成となっている。また、メッシュ状部材３の保持は、図４に示されるように、メッシュ状部材３に接合された保持ピン７に接合された導入線８により行うようにしてもよい。この場合には、ガス放電管外で導入線５と導入線８とが接地されることになる。
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極の概略断面図である。第２実施形態は、電気絶縁性の筒状部材を有している点で第１実施形態と相違する。
ガス放電管用直熱型陰極Ｃ３は、図５に示されるように、加熱用ヒータ１と、メッシュ状部材３と、電気絶縁性の筒状部材３１（電気絶縁性部材）と、易電子放射物質（陰極物質）としての金属酸化物１０ｂとを有している。
筒状部材３１は、電気絶縁性材料（たとえば、アルミナ等）からなり、側壁部分に開口部３３が形成されている。この筒状部材３１の内側には、加熱用ヒータ１が配設されている。メッシュ状部材３は、筒状部材３１の外側に加熱用ヒータ１の長手方向にわたって、放電方向に略直交するように配設されている。メッシュ状部材３は、ワイヤ３５により筒状部材３１に巻き付けられて固定されている。なお、第２実施形態のガス放電管用直熱型陰極Ｃ３においては、メッシュ状部材３が接続部３７を介して加熱用ヒータ１と電気的に接続されるように構成しているが、必ずしもメッシュ状部材３を加熱用ヒータ１と電気的に接続する必要はない。
次に、図６Ａ〜図６Ｃ及び図７Ａ〜７Ｂに基づいて、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ３を製造する（筒状部材３１に対して加熱用ヒータ１及びメッシュ状部材３を配設する）工程の一例を説明する。
まず、図６Ａに示された筒状部材３１の内側に、図６Ｃに示された加熱用ヒータ１を、図７Ａに示されるように、挿入する。なお、筒状部材３１として、図６Ｂに示されるように、開口部３３が筒状部材３１の両端部にわたって形成された、開放された形状の筒状部材を用いるようにしてもよい。
次に、図７Ｂに示されるように、筒状部材３１の開口部３３が形成された部分の外側（外周）にメッシュ状部材３を装着、固定する。メッシュ状部材３の固定は、上述したように、ワイヤ３５を用いてメッシュ状部材３を筒状部材３１に巻き付けることにより行われる。以上の工程により、筒状部材３１の内側に加熱用ヒータ１が配設され、筒状部材３１の外側にメッシュ状部材３が配設されている構成を得ることができる。
また、筒状部材３１として、図８Ａ及び図８Ｂに示されるように、開口部３３が複数に分割された形状の筒状部材４１を用いるようにしてもよい。この場合においても、図８Ａに示された筒状部材４１の内側に、図８Ｃに示された加熱用ヒータ１を、図９Ａに示されるように、挿入し、その後、図９Ｂに示されるように、筒状部材４１の開口部３３が形成された部分の外側（外周）にメッシュ状部材３を装着、固定する。ここで、図８Ａに示された筒状部材４１は、開口部３３が筒状部材４１の周方向に分割されている。なお、筒状部材４１として、図８Ｂに示されるように、開口部３３が筒状部材４１の長手方向に分割されている形状の筒状部材を用いるようにしてもよい。
このように、開口部３３が複数に分割された形状の筒状部材４１を用いることにより、開口部３３の開口面積を広くした状態においてもメッシュ状部材３が開口部３３から筒状部材４１内に凹み難くなる。これにより、メッシュ状部材３を筒状部材４１の外周面上において支持することができ、メッシュ状部材３と加熱用ヒータ１との短絡をより一層確実に抑制することができる。
図５に戻ると、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ３は、易電子放射物質としての金属酸化物１０ｂを有している。金属酸化物１０ｂは、筒状部材３１内に保持され、開口部３３を介してメッシュ状部材３に接触して設けられている。金属酸化物１０ｂ及びメッシュ状部材３は、金属酸化物１０ｂの表面及びメッシュ状部材３の表面が放電面となるように、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ３の外側に露出しており、金属酸化物１０ｂの表面部分にメッシュ状部材３が接触するようになっている。
金属酸化物１０ｂは、上述したように、陰極物質材として金属炭酸塩の形で塗布され、塗布された金属炭酸塩を真空加熱分解することにより得られる。なお、加熱用ヒータ１への通電により真空加熱分解を行う場合、直流加熱分解に比べ交流加熱分解の方が好ましい。このようにして得られた金属酸化物１０ｂが最終的に易電子放射物質となる。陰極物質材としての金属炭酸塩は、図７Ｂに示された、筒状部材３１の内側に加熱用ヒータ１が配設され、筒状部材３１の外側にメッシュ状部材３が配設されている状態において、メッシュ状部材３側から塗布され、開口部３３を通って筒状部材３１内に充填される。
このように、筒状部材３１の内側に加熱用ヒータ１が配設され、筒状部材３１の外側にメッシュ状部材３が配設されている状態において、金属炭酸塩を筒状部材３１内に充填し、その後金属炭酸塩を金属酸化物１０ｂに変えることにより、メッシュ状部材３と金属酸化物１０ｂとを確実且つ容易に接触させる状態とすることができる。
以上のことから、本第２実施形態のガス放電管用直熱型陰極Ｃ３では、第１実施形態と同様に、金属酸化物１０ｂに接触するメッシュ状部材３により等電位面が実効的に形成されるので、形成された等電位面の広い領域で熱電子放出が起きるために放電面積が増加し、単位面積当りの電子放出量（電子放出密度）が大きくなって、放電位置における負荷が軽減されることになり、劣化要因である金属酸化物１０ｂのスパッタ、還元金属との酸化による安定化（鉱物化）、つまり熱電子放出能の低下を抑制することができる。この結果、局所的な放電の発生を抑制でき、陰極の長寿命化を図ることができる。また、放電位置の移動も抑制されることになるため、長時間にわたって安定した放電を得ることができる。また、放電面積が増加することから、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ３の動作電圧及び発生熱量を低くすることもできる。
また、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ３においても、放電面積が増加したことに関連して、電流密度を若干上げて、負荷をやや増す、つまり、放電電流を増しても、従来のものに比べ損傷を小さくできる。これにより、従来のものとほぼ同一形状で、大放電電流のガス放電管用直熱型陰極を提供でき、パルス動作、大電流動作の実現が可能となる。
また、筒状部材３１には開口部３３が形成されており、筒状部材３１の内側に加熱用ヒータ１が配設され、筒状部材３１の外側にメッシュ状部材３が配設され、金属酸化物１０ｂが筒状部材３１内に保持され、開口部３３を介してメッシュ状部材３に接触して設けられていることにより、放電時におけるメッシュ状部材３と加熱用ヒータ１との短絡を確実に抑制し得る構成をより一層低コスト且つ簡易に実現することができる。
また、筒状部材３１内に金属酸化物１０ｂが保持されるので、金属酸化物１０ｂの落下等を確実に防ぐことができる。
次に、図１０〜図１２に基づいて、上述した構成のガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を用いたガス放電管について説明する。図１０は、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を用いたガス放電管の全体斜視図、図１１はその発光部の分解斜視図、図１２は発光部の横断面図である。本実施形態においては、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１をサイドオン型の重水素ガス放電管に適用している。なお、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の代わりにガス放電管用直熱型陰極Ｃ３を用いるようにしてもよい。
重水素ガス放電管ＤＴ１は、ガラス製の外周器６１を有している。外周器６１の内部には、図１０に示されるように、発光部組立体６２が収容され、外周器６１の底部はガラス製のステム６３により気密に封止されている。発光部組立体６２の下部からは４本のリードピン６４ａ〜６４ｄが延び、ステム６３を貫通して外部に露出している。発光部組立体６２は、共にアルミナ製の放電遮蔽板（放電遮蔽部）７１及び支持板７２を貼り合わせた遮蔽箱構造と、放電遮蔽板７１の前面に取り付けられた金属製の前面カバー７３とを有している。
図１１に示されるように、断面形状が凸型の支持板７２の後部には縦方向に貫通穴が形成され、ここにリードピン６４ａが挿入されてステム６３に保持されている。支持板７２の前面には下方に向かって縦に伸びる凹型溝が形成され、ここにステム６３から伸びるリードピン６４ｂが没入され、これらによって支持板７２はステム６３に固定される。リードピン６４ｂには四角形平板の陽極７４が前方に向かって固定され、支持板７２の前面に形成された２個の凸部と接することで保持される。
また、図１１に示されるように、放電遮蔽板７１は支持板７２に比べて薄型かつ幅広の凸型断面構造をなし、中央部の陽極７４と対応する位置には貫通穴７１ａが形成される。放電遮蔽板７１の凸部の側方には縦方向に貫通穴が形成されここにＬ字型に折り曲げた電極棒８１が挿通されている。そして、放電遮蔽板７１を支持板７２に貼り合わせた状態で、電極棒８１の下端とＬ字型に折り曲げられたリードピン６４ｃの先端とが溶接される。電極棒８１の側方に伸びた先端部には、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の上側電極棒８２が溶接され、下側電極棒８３は、放電遮蔽板７１と支持板７２を貼り合わせた状態において、Ｌ字型に折り曲げられたリードピン６４ｄの先端に溶接される。
金属製の収束電極７６は、図１１に示されるように、中間部に放電遮蔽板７１の貫通穴７１ａと同軸上に収束開口７６ａを形成したＬ字型の金属板を、上部で後方に、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１方向の側部で前方に、それぞれ折り曲げて構成され、側部にガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を臨むための長方形状縦長の開口７６ｂが形成されている。そして、放電遮蔽板７１、支持板７２及び収束電極７６にはそれぞれ対応する位置に４個づつの貫通穴が形成されている。従って、放電遮蔽板７１、支持板７２及び収束電極７６を貼り合わせた状態において、Ｕ字状に折り曲げた２本の金属製のピン８４、８５を差込むことでこれらをステム６３に固定できる。
図１０及び図１１に示すように、金属製の前面カバー７３は４段に折り曲げた断面Ｕ字型をなし、中央部に投光用の開口窓７３ａが形成されている。そして両端部には２個づつの凸部７３ｂが形成されており、これが放電遮蔽板７１の前面端部に形成された４個の貫通開口７１ｂと対応している。従って、この凸部７３ｂを貫通開口７１ｂに差込むことで前面カバー７３は放電遮蔽板７１に固定され、この状態で収束電極７６の前方端部は前面カバー７３の内面に接触し、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１が配置される空間と発光空間とが分離される。
図１１及び図１２によれば、収束電極７６は中央部に放電遮蔽板７１の貫通穴７１ａと同軸上に収束開口７６ａを有しているが、ここには開口径を制限するための開口制限板７８が溶接で固定されている。尚、開口制限板７８は、収束開口７６ａの周囲で陽極７４の方向に屈曲され、従って放電遮蔽板７１の厚さよりも陽極７４と開口制限板７８の開口の距離の方が小さくなっている。
このように組み立てられた発光部６２内における各電極の配置は、図１２に示す通りである。陽極７４は放電遮蔽板７１及び支持板７２に挟まれて固定され、収束電極７６に溶接された開口制限板７８は、放電遮蔽板７１の貫通穴７１ａを介して陽極７４と向合う配置で、放電遮蔽板７１に固定される。ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１は、放電遮蔽板７１、前面カバー７３並びに収束電極７６の長方形開口７６ｂを有する面により包囲された空間内であって、長方形開口７６ｂを通して開口制限板７８を臨む位置に配置される。
次に、図１２を参照して重水素ガス放電管ＤＴ１の動作について説明する。ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１が十分に加熱された後、陽極７４とガス放電管用直熱型陰極Ｃ１との間にトリガ電圧が印加され放電が開始する。このときの熱電子の流路は、収束電極７６の開口制限板７８による収斂並びに放電遮蔽板７１及び支持板７２による遮蔽効果によって、経路９１（破線に挟まれた部分で図示される）ただ一つに限定される。即ち、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１から放出された熱電子（図示せず）は収束電極７６の長方形開口７６ｂから開口制限板７８を通過し、放電遮蔽板７１の貫通穴７１ａを通り陽極７４へと至る。アーク放電によるアークボール９２は開口制限板７８の前部空間であって陽極７４とは反対側の空間に発生する。そしてアークボール９２から取り出される光は、前面カバー７３の開口窓７３ａを通っておよそ矢印９３の方向に発せられる。
このように、本実施形態の重水素ガス放電管ＤＴ１では、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を用いることで、寿命が長く且つ動作の安定した重水素ガス放電管を実現することができる。
なお、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１は、上述した重水素ガス放電管ＤＴ１以外のガス放電管、たとえば管頂部より光を取り出すヘッドオン型重水素ガス放電管、希ガス蛍光ランプ、あるいは、水銀蛍光ランプ等の電極（ガス放電管用直熱型電極）として用いることもできる。詳しくは、本発明のガス放電管用直熱型電極を用いたガス放電管には、本発明のガス放電管用直熱型電極を含む対をなす放電用電極を有し、内面に蛍光体膜が形成された密閉容器を有し、密閉容器に対して希ガスを封入した希ガス蛍光ランプある。本発明のガス放電管用直熱型電極を用いたガス放電管には、本発明のガス放電管用直熱型電極を含む対をなす放電用電極を有し、密閉容器を有し、密閉容器に対して希ガスと水銀とを封入した水銀ランプがある。本発明のガス放電管用直熱型電極を用いたガス放電管には、本発明のガス放電管用直熱型電極を含む対をなす放電用電極を有し、内面に蛍光体膜が形成された密閉容器を有し、密閉容器に対して希ガスと水銀とを封入した蛍光ランプがある。
また、本発明のガス放電管用直熱型電極は、放電が分散する特徴を生かして、図１３に示されるように、容器５１外部に電極５２を有し、容器５１内部にガス放電管用直熱型陰極Ｃ１，Ｃ３を有し、容器５１内部に希ガスを封入し、高周波電源５３を使い駆動する片側外部電極型ランプに用いることができる。このように、本発明のガス放電管用直熱型電極は、上述した低圧ガスランプ等に用いることができる。
次に、図１４に基づいて、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を用いた重水素ガス放電管ＤＴ１に適した点灯装置について説明する。図１４は、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を用いた重水素ガス放電管ＤＴ１の点灯装置を示す回路図である。
点灯装置１０１は、重水素ガス放電管ＤＴ１のガス放電管用直熱型陰極Ｃ１と陽極７４との間に接続される電源としての定電流電源１０３と、陽極７４と収束電極７６との間に接続され、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１と収束電極７６との間にトリガ放電を発生させるための補助点灯回路部１１１と、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１と陽極７４との間に接続され、加熱用ヒータ１に所定の期間通電し所定の期間が経過した後は加熱用ヒータ１への通電を遮断するための通電遮断切替回路部１２１と、陽極７４と定電流電源１０３との間に直列接続して設置した電流検知用の固定抵抗器１３１とを有している。
定電流電源１０３は、直流開放電圧約１６０Ｖを供給すると共に、定常電流約３００ｍＡを供給する。この定電流電源１０３には、放電安定用の負性抵抗１０５、ダイオード１０７とが直列に接続されている。負性抵抗１０５は、５０〜１５０Ω程度に設定されている。
補助点灯回路部１１１は、陽極７４と収束電極７６との間に直列接続して設置した固定抵抗器１１３と、この固定抵抗器１１３に並列接続したコンデンサ１１５と、を含んでいる。通電遮断切替回路部１２１は、グロー管１２３を含んでいる。なお、補助点灯回路部１１１と収束電極７６との間に、重水素ガス放電管ＤＴ１の動作（点灯）後に開かれるスイッチを設けるようにしてもよい。また、グロー管１２３を使ったグロースタータ式に替えて、タイマ機能を有する半導体素子を用いた電子スタート式、タイマ機能の有無を問わず機械式（有接点）スイッチを用いるようにしてもよい。
次に、点灯装置１０１の動作について、図１５Ａ〜図１５Ｆ及び図１６Ａ〜図１６Ｅに基づいて説明する。
図１４には示されていないが、重水素ガス放電管ＤＴ１の点灯装置１０１の主電源スイッチをオン（始動）にすると、定電流電源１０３からグロー管１２３に電力が供給されてグロー管１２３においてグロー放電が発生し、グロー管１２３の電極が互いに接触することにより、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の加熱用ヒータ１に電力が供給されて、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１が予熱される（図１５Ａ〜図１５Ｆ及び図１６Ａ〜図１６Ｅにおける期間Ａ１）。このとき、定電流電源１０３からガス放電管用直熱型陰極Ｃ１と陽極７４との間に電圧約１３０Ｖが印加されており、陽極７４からガス放電管用直熱型陰極Ｃ１に向う電界が発生している。
このようにトリガ放電の準備が整ったときに、グロー管１２３においてグロー放電が止まり、グロー管１２３の電極が離れることにより、定電流電源１０３から並列接続したコンデンサ１１５及び固定抵抗器１１３を介して収束電極７６に電位約１３０Ｖを発生させ、トリガ放電がガス放電管用直熱型陰極Ｃ１と収束電極７６との間に発生する（図１５Ａ〜図１５Ｆ及び図１６Ａ〜図１６Ｅにおける期間Ａ２）。
そして、このようにトリガ放電を発生させることにより、アーク放電をガス放電管用直熱型陰極Ｃ１と陽極７４との間に発生させ、定電流電源１０３からガス放電管用直熱型陰極Ｃ１と陽極７４との間に供給する電流約３００ｍＡに基づいて、主電源スイッチをオフするまでアーク放電が安定して持続する（図１５Ａ〜図１５Ｆ及び図１６Ａ〜図１６Ｅにおける期間Ａ３）。なお、重水素ガス放電管ＤＴ１が動作（点灯）している間、固定抵抗器１３１により、定電流電源１０３から重水素ガス放電管ＤＴ１に印加される電圧は、始動時の約１６０Ｖから約１２０Ｖに低下することになる。
ところで、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を用いた重水素ガス放電管ＤＴ１においては、下記の（７）式及び（８）式の関係で駆動可能であることから、

ここで、Ｉ_ｆ０：始動時の加熱用ヒータへの初期供給電流
Ｉｐ ：放電電流
Ｖ_ｆ１：動作中の加熱用ヒータへの印加電圧
この点灯装置１０１では、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１を用いた重水素ガス放電管ＤＴ１を点灯させるための点灯装置を実現することができる。また、ガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の予熱用、トリガ放電（初期ガス電離による放電）開始用、及び、主放電用の電源を１つの定電流電源１０３で賄うことができ、特にガス放電管用直熱型陰極Ｃ１の予熱（加熱用ヒータ）用の電源が不要となり、大幅な部品点数の削減及び構成の簡略化を図ることができる。
また、点灯装置１０１では、通電遮断切替回路部１２１がグロー管１２３を含んでいるので、通電遮断切替回路部１２１を簡易且つ低コストで実現できる。更に、補助点灯回路部１１１は、コンデンサ１１５を含んでいるので、補助点灯回路部１１１を簡易且つ低コストで実現できる。また、補助点灯回路部１１１は、固定抵抗器１１３を含んでいるので、重水素ガス放電管ＤＴ２の点灯性を向上することができる。
また、点灯装置１０１では、電流検知用の固定抵抗器１３１を有しているので、重水素ガス放電管ＤＴ１の動作時の電圧を下げることができ、重水素ガス放電管ＤＴ１の消費電力を低減することができる。
なお、第１及び第２実施形態においては、電気導体として、高融点金属を用いるようにしているが、これに限られることなく、厚さの薄い多孔質金属、炭素繊維等を用いるようにしてもよい。また、金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）の耐スパッタ性向上、放電性向上のために、タンタル、チタン、ニオブ等の窒化物あるいは炭化物を金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）の表面、あるいは加熱用ヒータ１、あるいはメッシュ状部材３に付着させるようにしてもよい。
また、第１及び第２実施形態の更なる変形例として、複数の加熱用ヒータ１を並列に設け、これらの加熱用ヒータ１にわたって、メッシュ状部材３を設けるようにしてもよい。
また、第１及び第２実施形態においては、メッシュ状部材３の表面の表面が露出するようにしているが、必ずしもこれらを露出させる必要はなく、金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）にメッシュ状部材３が接触しているのであれば、メッシュ状部材３の表面が金属酸化物１０ｂ（あるいは１０ａ）に覆われていてもよい。
また、第１及び第２実施形態においては、加熱用ヒータ１に予め金属酸化物１０ａを被覆しているが、金属酸化物１０ａが被覆されていない加熱用ヒータ１を用いて、この加熱用ヒータ１の外側にメッシュ状部材３を設けた状態において、金属炭酸塩を塗布、充填して、金属酸化物１０ｂを設けるようにしてもよい。ただし、加熱用ヒータ１に金属酸化物１０ｂを確実に保持させることができるので、加熱用ヒータ１に予め金属酸化物１０ａを被覆しておくことが好ましい。
また、第１及び第２実施形態においては、メッシュ状部材３を折り返し、あるいは積層することにより厚みを持たせ、金属酸化物１０の保持量の増量、保持性能の向上を図るようにしてもよい。
また、第２実施形態においては、筒状部材３１，４１を用いているが、電気絶縁性部材としての形状は、筒状に限られるものではない。メッシュ状部材３と加熱用ヒータ１とが電気的に絶縁された状態とされるのであれば、たとえば開口部３３を有した板状の電気絶縁性部材を用いるようにしてもよい。また、開口部３３の形状、大きさ、数等も、上述した実施形態に限られるものではなく、適宜変更して設定することができる。
産業上の利用可能性
本発明のガス放電管用直熱型電極は、希ガスランプ、希ガス蛍光ランプ、水銀ランプ、水銀蛍光ランプ、重水素ランプ等の直熱型電極（直熱型陰極）に利用できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を示す概略斜視図である。
図２は、第１実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を示す概略断面図である。
図３は、第１実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を示す概略斜視図である。
図４は、第１実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を示す概略断面図である。
図５は、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を示す概略断面図である。
図６Ａは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図６Ｂは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図６Ｃは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図７Ａは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図７Ｂは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図８Ａは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図８Ｂは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図８Ｃは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図９Ａは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図９Ｂは、第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極における、製造工程の一例を説明するための図である。
図１０は、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管を示す全体斜視図である。
図１１は、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の発光部の分解した状態における斜視図である。
図１２は、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の発光部の横断面図である。
図１３は、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いた片側外部電極型ランプを示す構成図である。
図１４は、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置を示す回路図である。
図１５Ａは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電圧特性を示すタイムチャートである。
図１５Ｂは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電圧特性を示すタイムチャートである。
図１５Ｃは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電圧特性を示すタイムチャートである。
図１５Ｄは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電圧特性を示すタイムチャートである。
図１５Ｅは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電圧特性を示すタイムチャートである。
図１５Ｆは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電圧特性を示すタイムチャートである。
図１６Ａは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電流特性を示すタイムチャートである。
図１６Ｂは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電流特性を示すタイムチャートである。
図１６Ｃは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電流特性を示すタイムチャートである。
図１６Ｄは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電流特性を示すタイムチャートである。
図１６Ｅは、第１あるいは第２実施形態に係るガス放電管用直熱型陰極を用いたガス放電管の点灯装置における、動作電流特性を示すタイムチャートである。
図１７は、ガス放電管における、ヒータ印加電圧と陰極降下電圧（ボックス電位）との関係を示す線図である。
図１８は、ガス放電管における、ヒータ印加電圧と放電電流との関係を示す線図である。Technical field
The present invention relates to a directly heated electrode for a gas discharge tube.
Background art
As this type of directly heated electrode for a gas discharge tube, for example, one disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 58-60852 is known. A directly heated electrode for a gas discharge tube (directly heated cathode for a gas discharge tube) disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 58-60852 has an electrode (tungsten filament coil) coated with an electron-emitting material. It is roughly covered with a metal mesh, and prevents the electron radioactive substance from being scattered and dropped by sputtering during the discharge, thereby extending the life of the electrode (fluorescent lamp).
Disclosure of the invention
It is an object of the present invention to provide a directly heated electrode for a gas discharge tube that can suppress the occurrence of a short circuit (short circuit) during energization and can increase the life of the electrode and obtain a stable discharge.
The present inventor has investigated the discharge surface potential as an experimental factor, focusing on cathode fall voltage (box potential), focusing on comparison with conventional direct-heated electrodes for gas discharge tubes (direct-heated cathodes for gas discharge tubes). As a result, the following facts were newly found.
Note that the equipotential surface, equipotential interface, box potential and discharge mode to be used hereinafter are defined as follows. The equipotential surface is defined as a state in which a discharge surface that is in an equipotential state is configured. The equipotential interface is defined as a structure in which a metal oxide as an electron-emitting substance is applied on the equipotential surface in contact with the gas and in contact with the gas. The box potential is defined as a potential generated between a terminal electrically insulated from the cathode near the cathode and the cathode during discharge. This value approximates the cathode fall voltage used as a general term for discharge physical properties. The ion current is defined as a current generated by an ionized gas in which gas molecules are ionized when electrons collide with gas molecules in the gas discharge tube. Thermionic emission is an electron emission in which, when the temperature of the metal is raised, the thermal kinetic energy increases and the electrons jump out into the space beyond the electron energy barrier (work function) of the metal. This is the electron emission from metal oxides as easily unstable electron-emitting materials. Secondary electron emission is electron emission in which electrons are pushed out of the cathode into the space when the ionized gas collides with the cathode.
When the change of the box potential in the DC operation was compared before and after equipotentialization, a remarkable difference in the box potential was confirmed as shown in FIG. The inventor created an equipotential interface model and considered the research results of this phenomenon. The discharge form in the gas discharge can be expressed almost by three forms of ion current, thermionic emission, and secondary electron emission, and is theoretically expressed by the following relational expression. Incidentally, the discharge form in vacuum discharge can be expressed almost only by thermionic emission, and is different from the discharge form in gas discharge.

Formulas related to Schottky effect

Where Ii: ion current
Ie: Emission current
Ith: Thermionic current
Ise: Secondary electron current
Id: discharge current
Vc: cathode fall voltage
γ: Coefficient related to secondary electron emission (gain)
α, Vo: Parameter
S: Electrode surface area
A: Constant determined by material
T: Cathode temperature
e: Electronic load
φ: Work function
k: Boltzmann constant
εo: dielectric constant in vacuum
E: Electric field intensity at the cathode descending part
Next, an ion current (corresponding to Ii) and an emission current (electron: corresponding to Ie) in the gas discharge tube will be considered. The static mass of electrons is 9.109 × 10 ^-31 kg, while the lightest hydrogen among the elements is 1.675 × 10 ^-27 It is much heavier than kg and electron. Furthermore, while ionized gas is attracted to and collides with the cathode, in the case of electrons, it is pulled away from the cathode, so the impact force of the ionized gas exceeds the impact force of the electrons, causing damage to the cathode of the ionized gas. Is larger than electrons. From the above, the harmfulness of the ionic current to the cathode can be understood. On the other hand, from the viewpoint of the light emission and discharge phenomenon of the gas discharge tube, the ionized gas contributes as a luminescent material and has the effect of drawing more discharge current into the space depending on the ionic current than in vacuum. . In the gas discharge tube, it is important to keep the influence on the cathode to the minimum while considering the merit and demerits of the ionic current in order to achieve the life characteristics and stability.
The box potential approximates the cathode fall voltage and relatively indicates the excitation and ionization state of the gas, and is a measure of the amount of ionized gas generated. This means that the lower the box potential, the less ionized gas is produced.
As described above, there are three forms of discharge in gas discharge: ion current, thermal electron emission, and secondary electron emission. Thermionic emission occurs by heating a metal oxide such as barium as an electron-emitting substance. Thermionic emission has the role of causing gas ionization at the start of discharge and starting discharge. In the case of gas discharge after the discharge is started, the ionized gas collides in a form attracted to the thermal electrons emitted from the metal oxide as the easy electron emitting material. At that time, secondary electron emission occurs mainly from the interface between the electric conductor and the metal oxide as an electron-emitting material due to ionized gas collision. In the case of gas discharge, the discharge current density per unit area is several tens to several hundred times that of vacuum discharge, and most of the total discharge current is formed by secondary electron emission.
Regarding the supply of secondary electrons, the electrical resistivity of metal oxides as easy electron emitting materials is much larger than that of electrical conductors, and there is a limit to the supply of metal oxides as easy electron emitting materials alone. Most of the supply of secondary electrons is supplied through an electric conductor and is emitted from the interface with a metal oxide as an electron-emitting substance. The supply of electrons, which are the basis of secondary electrons to the electrical conductor, may be performed directly from an external circuit or may be performed through a contact surface with a metal oxide as an electron-emitting substance. Thermionic emission also occurs from the metal oxide as an easy-electron emitting material that does not form an interface with the electrical conductor. However, as described above, regarding the supply of secondary electrons, the metal oxide alone as the easy-electron emitting material is used. Supply is limited, the amount of secondary electron emission is small, and the absolute amount of discharge current from a single metal oxide as an easy electron emitting material occupying during gas discharge is extremely small. In summary, the cathode in gas discharge, mainly responsible for electron emission, is the interface between the electric conductor and the metal oxide as an easy-electron emitting material.
Next, the equipotential interface model will be described with reference to FIGS. 17 and 18. FIG. 17 is a diagram (model diagram) in which the horizontal axis is the heater applied voltage (Vf), that is, the axis of increase / decrease of the cathode temperature by the amount of forced heating to the cathode, and the vertical axis is the cathode fall voltage (box potential) (Vc). It is. FIG. 18 is a diagram (model diagram) in which the horizontal axis is the heater applied voltage (Vf) and the vertical axis is the discharge current (Id). However, the discharge current (Id) in FIG. 18 is constant, and the vertical axis represents the composition ratio (region distribution) of the thermoelectron current, secondary electron current, and ion current. The vertical axis in FIG. 17 represents the height.
In addition to the heater applied voltage (Vf), that is, the amount of forced heating to the cathode, the constituent factor of the cathode temperature includes a so-called self-heating amount generated when the ionized gas collides with the cathode, and is determined by this total amount of heat. In the region where the cathode temperature on the left side of FIG. 17 is low, that is, the amount of forced heating is small, or the heat radiation area is large and the loss of heat from the cathode is large, the amount of generated thermoelectrons is small. Thus, the cathode fall voltage becomes equal to or higher than the ionization voltage, and the generation of ionized gas is accelerated. In this region, if the potential distribution on the cathode surface is non-uniform, local discharge due to the concentration of ion current and secondary electron current is likely to occur, and damage to the cathode surface due to ionized gas impact. Therefore, the cathode material (metal oxide as an electron-emitting material) is scraped (sputtered) and stabilized by oxidation with a reduced metal (mineralization).
On the other hand, in the region where the cathode temperature on the left side of FIG. 17 is high, that is, the amount of forced heating is large, or the heat radiation area is small and the amount of heat stored in the cathode is large, the amount of generated thermoelectrons is excessive. The ionic current decreases and the cathode fall voltage becomes lower than the ionization voltage. However, the cathode temperature rises, the vapor pressure of the cathode component is increased, and the metal oxide as an easy electron emitting material is easily lost due to evaporation. Excess or deficiency in the amount of heat applied to the cathode is not preferable for the reasons described above. As an indication of the operating area, in terms of box potential (cathode drop voltage), operation near the ionization voltage is suitable.
By the way, among the components of this model, there is a discharge area as an important element. This can be regarded as synonymous with the electrode surface area (S) in the relational expression. As described above, in the gas discharge, the electron emission from the interface between the electric conductor and the metal oxide as an easy-electron emitting material is the main component of the discharge. In addition to this, the discharge area varies depending on whether the potential is uniform (equal potential) or not even in temperature uniformity. That is, the discharge area is proportional to the area of the equipotential surface or the length of the equipotential surface portion. The wider or longer the equipotential surface, the greater the electrode surface area (S: discharge area). From the equation, the ratio of the thermionic current (Ith) increases, the amount of ionic current decreases from the above equation (1), the ionic current and secondary electron current are dispersed on the equipotential surface, and the thin line portion of the model of FIG. In (before equipotentialization), the region distribution shifts to the thick line side (after equipotentialization) of the model, and the box potential (cathode drop voltage) in FIG. Explaining why the equipotential interface structure of this equipotential surface and metal oxide and gas is adopted and the amount of thermionic electrons increases, so that the amount of ion current in the discharge current decreases and the box potential in FIG. 17 decreases. it can.
From the above, in gas discharge, the ionized gas impact per unit discharge area can be reduced by reducing the amount of ion current compared to the conventional non-equalized cathode, and as a result, to the cathode It can be seen that the load on the thermal energy is reduced, the decrease in thermionic emission ability is small, the life characteristics are improved, and accordingly the movement of the discharge position is also small and the stability can be improved.
Next, the effectiveness of the equipotential surface for the gas discharge tube will be considered. As described above, the discharge form in the vacuum discharge can be almost expressed only by thermionic emission, and is different from the discharge form in the gas discharge. It can be said that the discharge area in the vacuum discharge is determined by the surface area formed by the metal oxide as the easy electron emitting material on the thermionic emission surface. Therefore, in addition to thermionic emission, the discharge area component in the gas discharge tube having a discharge configuration consisting of ionic current and secondary electron emission is different from the discharge area component in the vacuum discharge. Since the place responsible for electron emission is the interface between the electric conductor and the metal oxide as an easy-electron emitting material, the equipotential surface formed from the electric conductor and having almost the same potential as the discharge surface is effective in gas discharge. I found out.
Furthermore, by making the material used for the means for forming the equipotential surface into a mesh shape (thin wire structure), the surface area serving as the heat radiating surface and the volume serving as the heat conducting portion are not increased as much as possible, and consequently the amount of heat loss is suppressed. The contact portion between the metal oxide and the equipotential surface is increased, and as a result, the discharge area is increased. From the above, it has been found that the effect of the equipotential surface is further increased by making the material used for the equipotential surface forming means into a mesh shape (thin wire structure).
When the potential distribution on the cathode surface is non-uniform as in the conventional case, the amount of heat generation is also non-uniform, so the generation density of thermoelectrons is also non-uniform, and the local concentration due to the concentration of ion current and secondary electron current. Discharge (uneven distribution of discharge positions) occurs. The local discharge causes the cathode material (metal oxide as an electron-emitting material) to be scraped off (sputtering), stabilized by oxidation with a reduced metal (mineralization), that is, the thermionic emission ability is reduced. Then, the discharge position moves to the next position with good thermionic emission characteristics. Thus, the cathode surface is deteriorated while repeating local thermionic emission deterioration. Further, the discharge itself becomes unstable due to the movement of the discharge position described above.
In the electrode structure disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 58-60852, the present inventors have short-circuited the electrode and the metal net during energization (starting preheating energization) to generate a potential difference. It has also been found that since it is not preheated, it may not function as a hot cathode.
Based on the results of such research, the gas discharge tube direct heating electrode according to the present invention is a gas discharge tube direct heating electrode used in a gas discharge tube in which gas is hermetically sealed. The heater includes a metal oxide, a heater for heating the metal oxide, and an electric conductor provided in contact with the metal oxide on the outermost surface side portion of the metal oxide. Is characterized by being electrically insulated.
In the directly heated electrode for a gas discharge tube according to the present invention, an equipotential surface is effectively formed on the surface portion of the metal oxide by the electric conductor, so that thermionic emission occurs in a wide region of the formed equipotential surface. For this reason, the discharge area increases, the amount of electron emission per unit area (electron emission density) increases, and the load at the discharge position is reduced. Thereby, generation | occurrence | production of local discharge can be suppressed and the lifetime improvement of an electrode can be achieved. Further, since the movement of the discharge position is also suppressed, a stable discharge can be obtained for a long time. In addition, since the electric conductor is provided in a state of being electrically insulated from the heater for heating, it is possible to suppress a short circuit between the electric conductor and the heater for heating and to perform preheating reliably. . In addition, in relation to the increase in the discharge area, the current density is slightly increased to slightly increase the load, that is, even if the discharge current is increased, the damage can be reduced compared to the conventional one, and is almost the same as the conventional one. With the shape, it is possible to provide a directly-heated electrode for a gas discharge tube with a large discharge current, and a pulse operation and a large current operation can be realized.
Moreover, it is preferable that the electrical conductor has a predetermined length and is provided over the longitudinal direction of the heater for heating. When configured in this way, the electric conductors make the discharge surface potential consisting of multiple discharge points or discharge lines almost equal, and stabilization by mineral oxide sputtering and oxidation with reduced metal (mineralization). That is, a decrease in thermionic emission ability can be suppressed, and the movement of the discharge position can also be suppressed. As a result, it is possible to obtain a long life and stable discharge of the electrode.
The electrical conductor is preferably a refractory metal formed in a mesh shape. As described above, since the electrical conductor is a refractory metal formed in a mesh shape, an electrical conductor having a configuration capable of suppressing the decrease in thermionic emission ability and the movement of the discharge position can be realized at low cost and more easily. be able to. Further, since the electric conductor is a rigid body, it is easy to process and can be provided in close contact with the metal oxide. Moreover, when the electrical conductor is a refractory metal formed in a mesh shape, a large number of locations where the refractory metal and the metal oxide are in contact can be easily provided.
Moreover, it is preferable that an electrical insulating layer is formed on the surface of the electrical conductor. As described above, by forming the electrical insulating layer on the surface of the electrical conductor, a configuration capable of reliably suppressing a short circuit between the electrical conductor and the heater during discharge can be realized at low cost and easily.
In addition, an electric insulating member having an opening is provided, and the electric insulating member is provided between the electric conductor and the heater for heating, and the metal oxide passes through the opening of the electric insulating member. It is preferable to be provided so as to contact the electric conductor. When configured in this way, it is possible to realize a configuration that can reliably suppress a short circuit between the electric conductor and the heater during discharge at low cost and easily.
The electrical insulating member is a cylindrical member having an opening formed in a side wall portion thereof, the heater for heating is provided inside the cylindrical member, and the electric conductor is provided outside the cylindrical member. It is preferable that When configured in this way, it is possible to realize a configuration that can reliably suppress a short circuit between the electric conductor and the heater at the time of discharge even more inexpensively and easily.
Further, the metal oxide may contain any single oxide of barium (Ba), strontium (Sr), and calcium (Ca), a mixture of these oxides, or an oxide of rare earth metal. preferable. As described above, since the metal oxide includes any one of barium, strontium, and calcium, or a mixture of these oxides or an oxide of a rare earth metal, the work function in the electron emission portion is reduced. It becomes possible to reduce the size effectively, and thermionic emission becomes easy.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a directly heated electrode for a gas discharge tube according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic perspective view of a directly heated cathode for a gas discharge tube according to the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic sectional view of the directly heated cathode for a gas discharge tube according to the first embodiment. FIG. 1 shows a state where a metal oxide as an electron-emitting substance is not provided. Moreover, in this embodiment, the example which applied the directly heated type electrode for gas discharge tubes to the cathode (directly heated type cathode for gas discharge tubes) is shown.
As shown in FIGS. 1 and 2, the gas discharge tube direct-heated cathode C1 includes a heater 1, a mesh member 3 (electrical conductor), and a metal oxide as an electron emission material (cathode material). 10a, 10b. The heater 1 is composed of a filament coil in which a tungsten wire having a diameter of 0.07 mm is wound twice. The surface of the tungsten filament coil is covered with a metal oxide 10a.
As the metal oxide 10a, any one of oxides of barium (Ba), strontium (Sr), calcium (Ca), a mixture of these oxides, or a main constituent is barium, strontium, calcium. Among these, an oxide which is a single oxide or a mixture of these oxides and whose rare constituent includes a lanthanum-based rare earth metal (IIIa in the periodic table) is used. Barium, strontium, and calcium have a small work function, can easily release thermionic electrons, and can increase the supply amount of thermionic electrons. Further, when a rare earth metal (IIIa in the periodic table) is added as a sub-constituent requirement, it is possible to further increase the supply amount of thermoelectrons and improve the spatter resistance. The metal oxide 10a is obtained by applying a metal carbonate (for example, barium carbonate, strontium carbonate, calcium carbonate, etc.) as a cathode material, and subjecting the applied metal carbonate to thermal decomposition under vacuum. In addition, when performing vacuum thermal decomposition by energizing the heater 1 for heating, the AC thermal decomposition is preferable to the direct current thermal decomposition.
The mesh-shaped member 3 formed in a mesh shape is a rigid body (metal conductor) having conductivity, belonging to groups IIIa to VIIa, VIII, and Ib of the periodic table, specifically tungsten, tantalum, molybdenum, rhenium, Niobium, osmium, iridium, iron, nickel, cobalt, titanium, zirconium, manganese, chromium, vanadium, rhodium, a rare earth metal or other refractory metal (melting point of 1000 ° C. or higher), or a metal alloy thereof. In the present embodiment, a mesh member is used in which a tungsten strand having a diameter of 0.03 mm is knitted into a mesh shape. The mesh size of the mesh member 3 is 80 mesh.
The mesh member 3 has a predetermined length, and is disposed outside the heating heater 1 so as to be substantially orthogonal to the discharge direction over the longitudinal direction of the heating heater 1. The mesh-like member 3 is provided on the outermost surface side portion of the metal oxide 10b as an easily electron emitting material (cathode material). Further, the mesh-like member 3 has an electrically insulating material (for example, alumina, zirconia, magnesia, etc.) formed on a part or the whole of the surface on the heater 1 side (surface opposite to the discharge surface) by electrodeposition. The electrically insulating layer 4 is formed by coating silica or the like. Note that a connecting portion that connects the mesh member 3 to the ground-side terminal of the heater 1 may be provided so that the mesh member 3 is securely held.
In the directly heated cathode C1 for the gas discharge tube according to the first embodiment, the mesh member 3 is provided on the outer side (outer periphery) of the heater 1 from the surface side (discharge surface side) of the mesh member 3. The metal oxide 10b is provided by applying and filling the above-described metal carbonate and subjecting the filled metal carbonate to heat decomposition under vacuum. The metal oxides 10a and 10b thus obtained finally become an electron-emitting substance. The metal carbonate does not need to be applied so as to cover the entire circumference of the heater 1, and may be applied only to a portion on the side where the mesh member 3 serving as the discharge surface is provided. . As the metal oxide 10b, in the same manner as the metal oxide 10a described above, any one of barium, strontium and calcium, or a mixture of these oxides, or the main constituent elements are barium, strontium, An oxide of any single element of calcium or a mixture of these oxides, which is a rare earth metal including lanthanum as a sub constituent element, is used.
By providing the metal oxide 10b as described above, the metal oxide 10b is mainly held by the heater 1 and comes into contact with the mesh member 3. The metal oxide 10b and the mesh member 3 are exposed to the outside of the gas discharge tube direct-heated cathode C1 so that the surface of the metal oxide 10b and the surface of the mesh member 3 become discharge surfaces. The mesh member 3 comes into contact with the surface portion of the object 10b.
In addition to the above metal oxides, it is conceivable to use metal borides such as lanthanum boride, metal carbides, metal nitrides, etc. as the source of thermionic electrons, but these metal borides, metal carbides, metal Nitride and the like have a poor track record as a thermoelectron supply source as a hot cathode for a gas discharge tube, and there is no meaning to add as a main sub-component. However, it may be used in the peripheral part of the cathode for the effect other than the thermoelectron supply source, for example, the improvement of the insulating effect for suppressing the heat dissipation amount other than the discharge part.
Further, it is possible to configure the directly heated cathode C1 for a gas discharge tube by arranging the mesh member 3 in contact with the heater 1 for holding the metal oxide 10b in advance. 3 and the metal oxide 10b are brought into contact with each other with certainty, as described above, the metal carbonate as the cathode material is placed in a state where the mesh member 3 is disposed outside the heater 1 for heating. It is preferable to apply and then change the metal carbonate to metal oxide 10b.
From the above, in the directly heated cathode C1 for gas discharge tube according to the first embodiment, the mesh member 3 is provided in contact with the metal oxide 10b (or 10a). An equipotential surface is effectively formed on the discharge surface (the surface of the metal oxide 10b (or 10a) and the surface of the mesh member 3) of the directly heated cathode C1 for the gas discharge tube. That is, the mesh-like member 3 is composed of a plurality of electric wires (conductive paths) and is not restricted so that a current flows in a single direction. Therefore, the electrical resistance between the ends of the surface of the mesh-like member 3 is extremely small, and the surface of the mesh-like member 3 is almost equipotential, and the potential of the discharge surface consisting of a plurality of discharge points or discharge lines is almost equal. Will be equal. In other words, the mesh-like member 3 forms a plurality of electric circuits in which a discharge current can flow in a direction parallel to the discharge surface within the discharge surface, that is, a plurality of paths (equipotential circuits) for discharge electrons (emission). Will be.
As a result, in the gas discharge tube direct-heated cathode C1, the equipotential surface is effectively formed by the mesh member 3 in contact with the metal oxide 10b (or 10a), so that a wide region of the formed equipotential surface is formed. As thermionic emission occurs in the discharge area, the discharge area increases, the amount of electron emission per unit area (electron emission density) increases, the load at the discharge position is reduced, and the metal oxide that is the cause of deterioration It is possible to suppress the 10b (or 10a) sputtering, stabilization (mineralization) by oxidation with the reduced metal, that is, the decrease in thermionic emission ability. As a result, the occurrence of local discharge can be suppressed and the life of the cathode can be extended. Further, since the movement of the discharge position is also suppressed, a stable discharge can be obtained for a long time. In addition, since the discharge area increases, the operating voltage and the amount of generated heat of the directly heated cathode C1 for gas discharge tubes can be reduced.
Further, in the directly heated cathode C1 for a gas discharge tube, the current density is slightly increased and the load is slightly increased in relation to the increase in the discharge area. Damage can be reduced compared to. As a result, it is possible to provide a directly-heated cathode for a gas discharge tube with a large discharge current having almost the same shape as a conventional one, and it is possible to realize a pulse operation and a large current operation.
In addition, an electrically insulating layer 4 is formed on the surface of the mesh member 3, and the mesh member 3 is provided in a state of being electrically insulated from the heater 1 for heating. The short circuit between the member 3 and the heater 1 can be suppressed, and the gas discharge tube direct heating cathode C1 can be preheated reliably. In addition, by forming the electrical insulating layer 4 on the surface of the mesh member 3, a configuration that can reliably suppress a short circuit between the mesh member 3 and the heater 1 during discharge can be realized at low cost and easily.
Moreover, since the mesh-like member 3 is used as an electric conductor, an electric conductor having a configuration capable of suppressing the decrease in thermionic emission ability and the movement of the discharge position can be realized at a lower cost and more easily. Moreover, since the mesh-like member 3 (electrical conductor) is a rigid body, it is easy to process and can be provided in close contact with the metal oxide 10b (or 10a). Furthermore, many locations where the mesh-like member 3 and the metal oxide 10b (or 10a) are in contact can be easily provided.
In addition, since the exposed area of the metal oxide 10b (or 10a) decreases as the size of the mesh in the mesh member 3 decreases, the sputtering resistance of the metal oxide 10b (or 10a) is improved. . However, in order to cause secondary electron emission, theoretically, it is necessary that the excitation or ionizing gas impinging on the metal oxide 10b (or 10a) pass through. In addition, when the mesh size is reduced, the area of the equipotential surface also increases, so that the discharge area can be further increased.
As shown in FIG. 3, the mesh member 3 may be held by one introduction line 5 of the introduction lines 5 and 6 joined to both ends of the heater 1. In this case, the holding pin 7 joined to the mesh member 3 and one lead wire 5 are joined. Further, as shown in FIG. 4, the mesh member 3 may be held by an introduction line 8 joined to a holding pin 7 joined to the mesh member 3. In this case, the introduction line 5 and the introduction line 8 are grounded outside the gas discharge tube.
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a directly heated cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment. The second embodiment differs from the first embodiment in that it has an electrically insulating cylindrical member.
As shown in FIG. 5, the gas discharge tube direct-heated cathode C3 includes a heater 1, a mesh member 3, an electrically insulating cylindrical member 31 (an electrically insulating member), and an electron-emitting material. And a metal oxide 10b as a (cathode material).
The cylindrical member 31 is made of an electrically insulating material (for example, alumina or the like), and an opening 33 is formed in a side wall portion. Inside the cylindrical member 31, the heater 1 for heating is disposed. The mesh member 3 is disposed outside the cylindrical member 31 so as to be substantially orthogonal to the discharge direction over the longitudinal direction of the heater 1. The mesh member 3 is wound and fixed around the tubular member 31 by a wire 35. In the gas discharge tube direct-heated cathode C3 of the second embodiment, the mesh member 3 is configured to be electrically connected to the heater 1 via the connecting portion 37. There is no need to electrically connect the shaped member 3 to the heater 1 for heating.
Next, based on FIGS. 6A to 6C and FIGS. 7A to 7B, a directly heated cathode C3 for a gas discharge tube is manufactured (the heater 1 for heating and the mesh member 3 are disposed on the cylindrical member 31). An example of the process will be described.
First, the heater 1 shown in FIG. 6C is inserted into the cylindrical member 31 shown in FIG. 6A as shown in FIG. 7A. As shown in FIG. 6B, the tubular member 31 may be an open tubular member in which the opening 33 is formed across both ends of the tubular member 31.
Next, as shown in FIG. 7B, the mesh member 3 is attached and fixed to the outside (outer periphery) of the portion of the tubular member 31 where the opening 33 is formed. The mesh member 3 is fixed by winding the mesh member 3 around the tubular member 31 using the wire 35 as described above. Through the above steps, a configuration can be obtained in which the heater 1 is disposed inside the tubular member 31 and the mesh member 3 is disposed outside the tubular member 31.
Moreover, as the cylindrical member 31, as shown in FIGS. 8A and 8B, a cylindrical member 41 having a shape in which the opening 33 is divided into a plurality of portions may be used. Also in this case, the heater 1 shown in FIG. 8C is inserted into the cylindrical member 41 shown in FIG. 8A as shown in FIG. 9A, and then as shown in FIG. 9B. Next, the mesh-like member 3 is attached and fixed to the outside (outer periphery) of the portion where the opening 33 of the tubular member 41 is formed. Here, in the cylindrical member 41 shown in FIG. 8A, the opening 33 is divided in the circumferential direction of the cylindrical member 41. As the tubular member 41, a tubular member having a shape in which the opening 33 is divided in the longitudinal direction of the tubular member 41 as shown in FIG. 8B may be used.
In this way, by using the cylindrical member 41 having a shape in which the opening 33 is divided into a plurality of parts, the mesh member 3 can be moved from the opening 33 to the inside of the cylindrical member 41 even when the opening area of the opening 33 is widened. It becomes difficult to dent. Thereby, the mesh-shaped member 3 can be supported on the outer peripheral surface of the cylindrical member 41, and the short circuit with the mesh-shaped member 3 and the heater 1 for heating can be suppressed much more reliably.
Returning to FIG. 5, the directly heated cathode C3 for the gas discharge tube has a metal oxide 10b as an easily radiating substance. The metal oxide 10 b is held in the cylindrical member 31 and is provided in contact with the mesh member 3 through the opening 33. The metal oxide 10b and the mesh-like member 3 are exposed to the outside of the gas discharge tube direct-heated cathode C3 so that the surface of the metal oxide 10b and the surface of the mesh-like member 3 become discharge surfaces. The mesh member 3 comes into contact with the surface portion of the object 10b.
As described above, the metal oxide 10b is applied in the form of a metal carbonate as a cathode material, and is obtained by subjecting the applied metal carbonate to heat decomposition under vacuum. In addition, when performing vacuum thermal decomposition by energizing the heater 1 for heating, the AC thermal decomposition is preferable to the direct current thermal decomposition. The metal oxide 10b thus obtained finally becomes an electron-emitting substance. In the metal carbonate as the cathode material, the heater 1 for heating is arranged inside the cylindrical member 31 and the mesh member 3 is arranged outside the cylindrical member 31 as shown in FIG. 7B. In the state, it is applied from the mesh-shaped member 3 side and filled into the cylindrical member 31 through the opening 33.
As described above, in the state where the heater 1 is disposed inside the tubular member 31 and the mesh member 3 is disposed outside the tubular member 31, the metal carbonate is put into the tubular member 31. By filling and then changing the metal carbonate to the metal oxide 10b, the mesh member 3 and the metal oxide 10b can be brought into contact with each other reliably and easily.
From the above, in the directly heated cathode C3 for gas discharge tube of the second embodiment, the equipotential surface is effectively formed by the mesh member 3 in contact with the metal oxide 10b, as in the first embodiment. Therefore, thermionic emission occurs in a wide area of the formed equipotential surface, so the discharge area increases, the amount of electron emission per unit area (electron emission density) increases, and the load at the discharge position is reduced. As a result, it is possible to suppress the deterioration (mineralization), that is, the reduction of the thermoelectron emission ability, which is a deterioration factor by sputtering of the metal oxide 10b and oxidation with the reduced metal. As a result, the occurrence of local discharge can be suppressed and the life of the cathode can be extended. Further, since the movement of the discharge position is also suppressed, a stable discharge can be obtained for a long time. In addition, since the discharge area increases, the operating voltage and the amount of generated heat of the directly heated cathode C3 for gas discharge tubes can be reduced.
Further, in the directly heated cathode C3 for the gas discharge tube, the current density is slightly increased to slightly increase the load, that is, even if the discharge current is increased, the discharge area is increased. Damage can be reduced. As a result, it is possible to provide a directly-heated cathode for a gas discharge tube with a large discharge current having almost the same shape as a conventional one, and it is possible to realize a pulse operation and a large current operation.
Further, an opening 33 is formed in the cylindrical member 31, the heater 1 for heating is disposed inside the cylindrical member 31, and the mesh-shaped member 3 is disposed outside the cylindrical member 31. Since the oxide 10b is held in the cylindrical member 31 and is provided in contact with the mesh member 3 through the opening 33, a short circuit between the mesh member 3 and the heater 1 during discharge is prevented. A configuration that can be reliably suppressed can be realized at a lower cost and more easily.
Moreover, since the metal oxide 10b is hold | maintained in the cylindrical member 31, the fall of the metal oxide 10b, etc. can be prevented reliably.
Next, based on FIGS. 10-12, the gas discharge tube using the directly heated cathode C1 for gas discharge tubes of the structure mentioned above is demonstrated. FIG. 10 is an overall perspective view of a gas discharge tube using the directly heated cathode C1 for the gas discharge tube, FIG. 11 is an exploded perspective view of the light emitting portion, and FIG. 12 is a cross-sectional view of the light emitting portion. In this embodiment, the gas discharge tube direct-heated cathode C1 is applied to a side-on type deuterium gas discharge tube. In addition, you may make it use the directly heated cathode C3 for gas discharge tubes instead of the directly heated cathode C1 for gas discharge tubes.
The deuterium gas discharge tube DT1 has a glass peripheral 61. As shown in FIG. 10, a light emitting unit assembly 62 is accommodated in the outer peripheral unit 61, and the bottom of the outer peripheral unit 61 is hermetically sealed by a glass stem 63. Four lead pins 64 a to 64 d extend from the lower part of the light emitting unit assembly 62 and pass through the stem 63 and are exposed to the outside. The light emitting unit assembly 62 includes a shielding box structure in which an alumina discharge shielding plate (discharge shielding portion) 71 and a support plate 72 are bonded together, and a metal front cover 73 attached to the front surface of the discharge shielding plate 71. have.
As shown in FIG. 11, a through hole is formed in the longitudinal direction in the rear portion of the support plate 72 having a convex cross-sectional shape, and a lead pin 64 a is inserted and held by the stem 63. A concave groove extending vertically downward is formed on the front surface of the support plate 72, and a lead pin 64 b extending from the stem 63 is immersed therein, and the support plate 72 is fixed to the stem 63 by these. A rectangular flat plate anode 74 is fixed to the lead pin 64b toward the front, and is held by coming into contact with two convex portions formed on the front surface of the support plate 72.
As shown in FIG. 11, the discharge shielding plate 71 has a thin and wide convex cross-sectional structure as compared with the support plate 72, and a through hole 71a is formed at a position corresponding to the anode 74 in the central portion. . A through hole is formed in the vertical direction on the side of the convex portion of the discharge shielding plate 71, and an electrode rod 81 bent into an L shape is inserted therethrough. Then, with the discharge shielding plate 71 bonded to the support plate 72, the lower end of the electrode rod 81 and the tip of the lead pin 64c bent into an L shape are welded. The upper electrode rod 82 of the gas discharge tube direct-heated cathode C1 is welded to the tip portion extending to the side of the electrode rod 81, and the lower electrode rod 83 is formed by bonding the discharge shielding plate 71 and the support plate 72 together. In the state, it is welded to the tip of the lead pin 64d bent in an L shape.
As shown in FIG. 11, the metal focusing electrode 76 is an L-shaped metal plate having a converging opening 76 a formed coaxially with the through hole 71 a of the discharge shielding plate 71 in the middle portion, and rearward at the upper portion. A rectangular vertically long opening 76b for facing the gas discharge tube direct-heated cathode C1 is formed at the side of the gas discharge tube direct-heated cathode C1. The discharge shielding plate 71, the support plate 72, and the converging electrode 76 are each formed with four through holes at corresponding positions. Therefore, in a state where the discharge shielding plate 71, the support plate 72, and the converging electrode 76 are bonded together, they can be fixed to the stem 63 by inserting the two metal pins 84 and 85 bent in a U shape.
As shown in FIGS. 10 and 11, the metal front cover 73 has a U-shaped cross section bent in four steps, and an opening window 73a for light projection is formed at the center. Two convex portions 73 b are formed at both ends, and these correspond to the four through openings 71 b formed at the front end portion of the discharge shielding plate 71. Therefore, the front cover 73 is fixed to the discharge shielding plate 71 by inserting the convex portion 73b into the through-opening 71b. In this state, the front end of the converging electrode 76 is in contact with the inner surface of the front cover 73 and is used for the gas discharge tube. The space in which the directly heated cathode C1 is disposed and the light emitting space are separated.
According to FIGS. 11 and 12, the converging electrode 76 has a converging opening 76a coaxially with the through hole 71a of the discharge shielding plate 71 at the center, but here, an opening restriction for restricting the opening diameter is provided. The plate 78 is fixed by welding. The aperture limiting plate 78 is bent in the direction of the anode 74 around the converging aperture 76a, so that the distance between the anode 74 and the aperture limiting plate 78 is smaller than the thickness of the discharge shielding plate 71.
The arrangement of the electrodes in the light emitting section 62 assembled in this way is as shown in FIG. The anode 74 is sandwiched and fixed between the discharge shielding plate 71 and the support plate 72, and the opening limiting plate 78 welded to the converging electrode 76 is disposed so as to face the anode 74 through the through hole 71a of the discharge shielding plate 71. It is fixed to the discharge shielding plate 71. The directly heated cathode C1 for a gas discharge tube is in a space surrounded by the surface having the rectangular opening 76b of the discharge shielding plate 71, the front cover 73 and the converging electrode 76, and faces the opening limiting plate 78 through the rectangular opening 76b. Placed in.
Next, the operation of the deuterium gas discharge tube DT1 will be described with reference to FIG. After the gas discharge tube direct heating cathode C1 is sufficiently heated, a trigger voltage is applied between the anode 74 and the gas discharge tube direct heating cathode C1 to start discharge. The flow path of the thermoelectrons at this time is only one path 91 (illustrated by a portion sandwiched between broken lines) due to convergence by the aperture limiting plate 78 of the focusing electrode 76 and shielding effect by the discharge shielding plate 71 and the support plate 72. Limited to one. That is, the thermoelectrons (not shown) emitted from the gas discharge tube direct-heated cathode C1 pass through the opening limiting plate 78 from the rectangular opening 76b of the focusing electrode 76, pass through the through hole 71a of the discharge shielding plate 71, and the anode 74. It leads to. An arc ball 92 by arc discharge is generated in a space in front of the aperture limiting plate 78 and on the opposite side of the anode 74. The light extracted from the arc ball 92 is emitted in the direction of the arrow 93 through the opening window 73 a of the front cover 73.
Thus, in the deuterium gas discharge tube DT1 of the present embodiment, a deuterium gas discharge tube having a long life and stable operation can be realized by using the directly heated cathode C1 for the gas discharge tube.
The gas discharge tube direct-heated cathode C1 is a gas discharge tube other than the above-described deuterium gas discharge tube DT1, for example, a head-on type deuterium gas discharge tube that extracts light from the top of the tube, a rare gas fluorescent lamp, or mercury. It can also be used as an electrode (direct heating type electrode for gas discharge tube) such as a fluorescent lamp. Specifically, the gas discharge tube using the directly heated electrode for the gas discharge tube of the present invention has a pair of discharge electrodes including the directly heated electrode for the gas discharge tube of the present invention, and the phosphor film is formed on the inner surface. A rare gas fluorescent lamp having a sealed container formed and having a rare gas sealed in the sealed container. The gas discharge tube using the directly heated electrode for gas discharge tube of the present invention has a pair of discharge electrodes including the directly heated electrode for gas discharge tube of the present invention, has a sealed container, On the other hand, there is a mercury lamp in which rare gas and mercury are enclosed. The gas discharge tube using the directly heated electrode for gas discharge tube of the present invention has a pair of discharge electrodes including the directly heated electrode for gas discharge tube of the present invention, and a phosphor film is formed on the inner surface. There is a fluorescent lamp which has a sealed container and in which a rare gas and mercury are sealed in the sealed container.
Further, the direct heating type electrode for gas discharge tube according to the present invention has an electrode 52 outside the container 51 as shown in FIG. It can be used for a one-sided external electrode type lamp that has type cathodes C1 and C3, encloses a rare gas inside the container 51, and is driven using a high-frequency power source 53. Thus, the directly heated electrode for a gas discharge tube of the present invention can be used for the above-described low-pressure gas lamp or the like.
Next, a lighting device suitable for the deuterium gas discharge tube DT1 using the directly heated cathode C1 for gas discharge tube will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a circuit diagram showing a lighting device for the deuterium gas discharge tube DT1 using the directly heated cathode C1 for the gas discharge tube.
The lighting device 101 is connected between a constant current power source 103 as a power source connected between the gas discharge tube direct heating cathode C1 of the deuterium gas discharge tube DT1 and the anode 74, and between the anode 74 and the focusing electrode 76. The auxiliary lighting circuit 111 for generating a trigger discharge between the gas discharge tube direct-heated cathode C1 and the focusing electrode 76, and the gas discharge tube direct-heated cathode C1 and the anode 74 are connected, The heating heater 1 is energized for a predetermined period, and after the predetermined period has elapsed, the energization cutoff switching circuit 121 for cutting off the energization to the heater 1 is connected in series between the anode 74 and the constant current power source 103. It has the fixed resistor 131 for the electric current detection installed in connection.
The constant current power supply 103 supplies a DC open circuit voltage of about 160 V and a steady current of about 300 mA. The constant current power source 103 is connected in series with a negative resistance 105 for stabilizing discharge and a diode 107. The negative resistance 105 is set to about 50 to 150Ω.
The auxiliary lighting circuit unit 111 includes a fixed resistor 113 installed in series between the anode 74 and the converging electrode 76, and a capacitor 115 connected in parallel to the fixed resistor 113. The energization cut-off switching circuit unit 121 includes a glow tube 123. A switch that is opened after the operation (lighting) of the deuterium gas discharge tube DT1 may be provided between the auxiliary lighting circuit unit 111 and the focusing electrode 76. In addition, instead of the glow starter type using the glow tube 123, an electronic start type using a semiconductor element having a timer function, or a mechanical (contact point) switch may be used regardless of the presence or absence of the timer function.
Next, operation | movement of the lighting device 101 is demonstrated based on FIG. 15A-FIG. 15F and FIG. 16A-FIG. 16E.
Although not shown in FIG. 14, when the main power switch of the lighting device 101 of the deuterium gas discharge tube DT <b> 1 is turned on (started), power is supplied from the constant current power source 103 to the glow tube 123. When glow discharge occurs and the electrodes of the glow tube 123 come into contact with each other, power is supplied to the heater 1 of the gas discharge tube direct heating cathode C1, and the gas discharge tube direct heating cathode C1 is preheated. (Period A1 in FIGS. 15A to 15F and FIGS. 16A to 16E). At this time, a voltage of about 130 V is applied from the constant current power source 103 between the gas discharge tube direct-heated cathode C1 and the anode 74, and an electric field is generated from the anode 74 toward the gas discharge tube direct-heated cathode C1. Yes.
When the trigger discharge is ready in this way, the glow discharge stops in the glow tube 123 and the electrodes of the glow tube 123 are separated, so that the capacitor 115 and the fixed resistor 113 connected in parallel from the constant current power source 103 are used. A potential of about 130 V is generated at the focusing electrode 76, and a trigger discharge is generated between the gas-discharge tube direct heating cathode C1 and the focusing electrode 76 (period A2 in FIGS. 15A to 15F and FIGS. 16A to 16E).
Then, by generating the trigger discharge in this manner, an arc discharge is generated between the gas discharge tube direct-heated cathode C1 and the anode 74, and the gas discharge tube direct-heated cathode C1 and the anode 74 are generated from the constant current power source 103. Based on the current supplied about 300 mA, arc discharge stably continues until the main power switch is turned off (period A3 in FIGS. 15A to 15F and FIGS. 16A to 16E). During the operation (lighting) of the deuterium gas discharge tube DT1, the voltage applied from the constant current power source 103 to the deuterium gas discharge tube DT1 by the fixed resistor 131 is about 160V to about 120V at the start. Will be reduced.
By the way, in the deuterium gas discharge tube DT1 using the directly heated cathode C1 for gas discharge tube, it can be driven by the relationship of the following formulas (7) and (8).

Where I _f0 : Initial supply current to the heater for starting
Ip: discharge current
V _f1 : Applied voltage to heating heater during operation
The lighting device 101 can realize a lighting device for lighting the deuterium gas discharge tube DT1 using the directly heated cathode C1 for the gas discharge tube. Further, a single constant current power source 103 can provide power for preheating the gas-discharge tube direct-heating cathode C1, for starting trigger discharge (discharge due to initial gas ionization), and for main discharge, particularly for gas discharge tubes. A power source for preheating (heating heater) of the directly heated cathode C1 becomes unnecessary, and the number of parts can be greatly reduced and the configuration can be simplified.
Further, in the lighting device 101, since the energization cut-off switching circuit unit 121 includes the glow tube 123, the energization cut-off switching circuit unit 121 can be realized simply and at low cost. Furthermore, since the auxiliary lighting circuit unit 111 includes the capacitor 115, the auxiliary lighting circuit unit 111 can be realized simply and at low cost. Moreover, since the auxiliary lighting circuit unit 111 includes the fixed resistor 113, the lighting performance of the deuterium gas discharge tube DT2 can be improved.
In addition, since the lighting device 101 has the fixed resistor 131 for current detection, the voltage during operation of the deuterium gas discharge tube DT1 can be lowered, and the power consumption of the deuterium gas discharge tube DT1 is reduced. can do.
In the first and second embodiments, a refractory metal is used as the electrical conductor. However, the present invention is not limited to this, and a thin porous metal, carbon fiber, or the like is used. Also good. Further, in order to improve the sputtering resistance and discharge performance of the metal oxide 10b (or 10a), a nitride or carbide such as tantalum, titanium, niobium or the like is used as the surface of the metal oxide 10b (or 10a) or a heater. 1 or the mesh member 3 may be attached.
As a further modification of the first and second embodiments, a plurality of heating heaters 1 may be provided in parallel, and the mesh member 3 may be provided across these heating heaters 1.
In the first and second embodiments, the surface of the surface of the mesh member 3 is exposed. However, it is not always necessary to expose the surface of the mesh member 3, and the mesh member is formed on the metal oxide 10b (or 10a). As long as 3 is in contact, the surface of the mesh member 3 may be covered with the metal oxide 10b (or 10a).
In the first and second embodiments, the heating heater 1 is coated with the metal oxide 10a in advance, but this heating heater 1 is used by using the heating heater 1 that is not coated with the metal oxide 10a. In the state where the mesh-like member 3 is provided outside 1, the metal oxide 10b may be provided by applying and filling a metal carbonate. However, since the metal oxide 10b can be reliably held by the heater 1, it is preferable to coat the metal oxide 10a on the heater 1 in advance.
In the first and second embodiments, the mesh member 3 may be folded or laminated to increase the thickness, thereby increasing the holding amount of the metal oxide 10 and improving the holding performance. .
Moreover, in 2nd Embodiment, although the cylindrical members 31 and 41 are used, the shape as an electrically insulating member is not restricted to a cylindrical shape. As long as the mesh member 3 and the heater 1 are electrically insulated, a plate-like electrically insulating member having an opening 33 may be used, for example. Further, the shape, size, number, and the like of the opening 33 are not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed and set.
Industrial applicability
The directly heated electrode for a gas discharge tube of the present invention can be used for a directly heated electrode (directly heated cathode) such as a rare gas lamp, a rare gas fluorescent lamp, a mercury lamp, a mercury fluorescent lamp, and a deuterium lamp.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a directly heated cathode for a gas discharge tube according to the first embodiment.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a directly heated cathode for a gas discharge tube according to the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a directly heated cathode for a gas discharge tube according to the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a directly heated cathode for a gas discharge tube according to the first embodiment.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a directly heated cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 6A is a diagram for explaining an example of a manufacturing process in the directly heated cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 6B is a diagram for explaining an example of a manufacturing process in the directly heated cathode for gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 6C is a diagram for explaining an example of a manufacturing process in the directly heated cathode for gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 7A is a diagram for explaining an example of a manufacturing process in the directly heated cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
Drawing 7B is a figure for explaining an example of a manufacturing process in a direct-heating type cathode for gas discharge tubes concerning a 2nd embodiment.
FIG. 8A is a diagram for explaining an example of a manufacturing process in the directly heated cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 8B is a diagram for explaining an example of a manufacturing process in the directly heated cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 8C is a diagram for explaining an example of a manufacturing process in the directly heated cathode for gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 9A is a diagram for explaining an example of a manufacturing process in the directly heated cathode for a gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 9B is a diagram for explaining an example of a manufacturing process in the directly heated cathode for gas discharge tube according to the second embodiment.
FIG. 10 is an overall perspective view showing a gas discharge tube using the directly heated cathode for gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 11 is a perspective view of the gas discharge tube using the directly heated cathode for gas discharge tube according to the first or second embodiment in a disassembled state of the light emitting portion.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a light emitting part of a gas discharge tube using the directly heated cathode for gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 13 is a configuration diagram showing a one-sided external electrode type lamp using a directly heated cathode for a gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 14 is a circuit diagram showing a gas discharge tube lighting device using a directly heated cathode for a gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 15A is a time chart showing operating voltage characteristics in the lighting device of the gas discharge tube using the directly heated cathode for gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 15B is a time chart showing operating voltage characteristics in the lighting device for the gas discharge tube using the directly heated cathode for gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 15C is a time chart showing operating voltage characteristics in the lighting device of the gas discharge tube using the directly heated cathode for the gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 15D is a time chart showing operating voltage characteristics in the lighting device of the gas discharge tube using the directly heated cathode for gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 15E is a time chart showing operating voltage characteristics in the lighting device of the gas discharge tube using the directly heated cathode for gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 15F is a time chart showing operating voltage characteristics in the lighting device of the gas discharge tube using the directly heated cathode for the gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 16A is a time chart showing operating current characteristics in the lighting device of the gas discharge tube using the directly heated cathode for gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 16B is a time chart showing operating current characteristics in the lighting device of the gas discharge tube using the directly heated cathode for gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 16C is a time chart showing operating current characteristics in the lighting device of the gas discharge tube using the directly heated cathode for the gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 16D is a time chart showing operating current characteristics in the lighting device of the gas discharge tube using the directly heated cathode for gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 16E is a time chart showing operating current characteristics in the lighting device of the gas discharge tube using the directly heated cathode for gas discharge tube according to the first or second embodiment.
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the heater applied voltage and the cathode fall voltage (box potential) in the gas discharge tube.
FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the heater applied voltage and the discharge current in the gas discharge tube.

Claims (8)

A directly heated electrode for a gas discharge tube used for a gas discharge tube in which gas is hermetically sealed,
A metal oxide as an electron-emitting material,
A heater for heating the metal oxide;
It has an electrical conductor provided in contact with the metal oxide on the outermost surface side portion of the metal oxide,
The direct heating type electrode for a gas discharge tube, wherein the heating heater and the electric conductor are electrically insulated.   2. The directly heated electrode for a gas discharge tube according to claim 1, wherein the electric conductor has a predetermined length and is provided over a longitudinal direction of the heater.   2. The directly heated electrode for a gas discharge tube according to claim 1, wherein the electric conductor is a refractory metal formed in a mesh shape. 2. The directly heated electrode for a gas discharge tube according to claim 1, wherein an electric insulation layer is formed on a surface of the electric conductor on the heater side . Having an electrically insulating member having an opening;
The electrically insulating member is provided between the electrical conductor and the heater for heating,
The metal oxide is provided on the heater side of the electrically insulating member and is in contact with the electrical conductor through the opening of the electrically insulating member. 1. A directly heated electrode for a gas discharge tube according to 1. The electrically insulating member is a cylindrical member in which the opening is formed in a side wall portion thereof,
The heater for heating is provided inside the cylindrical member,
6. The directly heated electrode for gas discharge tube according to claim 5, wherein the electric conductor is provided outside the cylindrical member.   2. The gas according to claim 1, wherein the metal oxide includes an oxide of any one of barium, strontium, and calcium, a mixture of these oxides, or an oxide of a rare earth metal. Directly heated electrode for discharge tubes.   A gas discharge tube comprising the directly heated electrode for a gas discharge tube according to claim 1.

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