JP5949747B2 - Method for producing cathode for discharge lamp and discharge lamp - Google Patents

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  • Discharge Lamp (AREA)

Description

本発明は、ショートアーク型放電ランプ用の陰極の製造方法に関し、特に、先端部にエミッタ物質を含む陰極の製造方法およびこの製造方法により得られた陰極を備える放電ランプに関する。   The present invention relates to a method for producing a cathode for a short arc type discharge lamp, and more particularly, to a method for producing a cathode containing an emitter substance at the tip and a discharge lamp provided with the cathode obtained by this production method.

ショートアーク型放電ランプ（以下、単に「放電ランプ」ともいう。）は、点光源に近いことから、光学系と組み合わせることにより、集光効率の高い露光装置の光源として利用されている。
また、キセノンを封入したショートアーク型放電ランプは、映写機等の光源として利用されている。 A short arc type discharge lamp (hereinafter, also simply referred to as “discharge lamp”) is close to a point light source, and is used as a light source of an exposure apparatus with high condensing efficiency when combined with an optical system.
A short arc type discharge lamp enclosing xenon is used as a light source for a projector or the like.

従来、この種の放電ランプの陰極には、点灯始動性を高める目的でトリウムなどのエミッタ物質と呼ばれる仕事関数を低下させる材料が添加されていた。特に、トリウムは始動性への貢献が優秀なエミッタ物質として長らく利用されていた。しかしながら、トリウムは放射性の強い物質であり、近年の放射性物質規制によって輸出入の量的制限がかかるようになり、比較的大型の放電ランプにおいては、陰極全体にトリウムを含有させることが困難になっている。   Conventionally, a material that lowers the work function called an emitter substance such as thorium has been added to the cathode of this type of discharge lamp for the purpose of improving the lighting startability. In particular, thorium has long been used as an emitter material that has an excellent contribution to startability. However, thorium is a highly radioactive substance, and due to the recent restrictions on radioactive substances, quantitative restrictions on imports and exports have been imposed, making it difficult to contain thorium in the entire cathode in relatively large discharge lamps. ing.

そこで、特許文献１には、陰極の先端部のみにトリウムを含む構造、すなわち、必要な箇所に部分的にトリウムを含有させる構造が開示されている。この陰極は、具体的には、トリウムを含むタングステンを、トリウムを含まない純タングステンと拡散接合により接合し、その後切削して円錐台形状に成形したものである。
このような陰極によれば、放電ランプの点灯中の温度条件、例えば２０００〜２４００℃においても、陰極先端が脱落しないなど機械的強度が得られる。 Therefore, Patent Document 1 discloses a structure containing thorium only at the tip portion of the cathode, that is, a structure in which thorium is partially contained in a necessary portion. Specifically, this cathode is formed by joining tungsten containing thorium to pure tungsten not containing thorium by diffusion bonding, and then cutting to form a truncated cone shape.
According to such a cathode, mechanical strength is obtained such that the tip of the cathode does not fall off even under temperature conditions during lighting of the discharge lamp, for example, 2000 to 2400 ° C.

特開２０１２−１９０６２７号公報JP 2012-190627 A

しかしながら、上記のような陰極の製造方法では、陰極材料を接合するためには、真空装置や加熱・加圧装置など特別な設備が必要となり、これらの設備には高いコストがかかるという問題がある。
また、接合工程において、真空処理、加熱処理、冷却処理などのプロセスに時間を要するという問題がある。さらに、製造時間が長いことによる製造コストも高くなるという問題がある。 However, in the cathode manufacturing method as described above, in order to join the cathode material, special equipment such as a vacuum apparatus and a heating / pressurizing apparatus is required, and there is a problem that these equipment are expensive. .
In addition, in the joining process, there is a problem that time is required for processes such as vacuum treatment, heat treatment, and cooling treatment. Furthermore, there is a problem that the manufacturing cost increases due to the long manufacturing time.

本発明の目的は、簡便な方法により短時間で陰極を製造することができ、得られる陰極が、点灯中の高温下においても機械的強度を維持する放電ランプ用陰極の製造方法および放電ランプを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for producing a cathode for a discharge lamp and a discharge lamp in which the cathode can be produced in a short time by a simple method, and the obtained cathode maintains the mechanical strength even at a high temperature during lighting. It is to provide.

本発明の放電ランプ用陰極の製造方法は、タングステンからなる本体部と、エミッタ物質がドープされたタングステンからなる先端部とが接合されてなる放電ランプ用陰極の製造方法において、
タングステンからなる本体部形成材およびエミッタ物質がドープされたタングステンからなる先端部形成材の少なくとも一方の被接合面に突起部を形成する突起部形成工程と、
前記突起部の先端と前記本体部形成材または前記先端部形成材の被接合面とを対向させて当接させた状態で、前記本体部形成材と前記先端部形成材とを通電させることにより、前記突起部を溶融させ、当該本体部形成材および当該先端部形成材を溶着して接合体を形成する接合工程とを有することを特徴とする。
A method for producing a cathode for a discharge lamp according to the present invention is a method for producing a cathode for a discharge lamp in which a main body portion made of tungsten and a tip portion made of tungsten doped with an emitter material are joined.
A projecting portion forming step of forming a projecting portion on at least one bonded surface of a body portion forming material made of tungsten and a tip portion forming material made of tungsten doped with an emitter substance ;
By energizing the body part forming material and the tip part forming material in a state where the tip of the projection and the body part forming material or the surface to be joined of the tip part forming material are opposed to each other And a joining step of melting the protrusion and welding the body portion forming material and the tip portion forming material to form a joined body.

本発明の放電ランプ用陰極の製造方法においては、前記接合工程により形成された前記接合体を、前記突起部による溶着部分の少なくとも一部が残存するように切削することにより、円錐台形状の先端部を形成する切削工程を有することが好ましい。   In the manufacturing method of the cathode for a discharge lamp of the present invention, the joined body formed by the joining step is cut so that at least a part of the welded portion by the protrusion remains, so that a truncated cone-shaped tip It is preferable to have the cutting process which forms a part.

本発明の放電ランプ用陰極の製造方法においては、前記突起部が環状に形成されていることが好ましい。
特に、前記本体部形成材および前記先端部形成材の少なくとも一方に、被接合面に露出するエミッタ部材が収容されたエミッタ収容部が形成されており、
前記突起部がエミッタ収容部の開口を取り囲むように形成されていることが好ましい。 In the manufacturing method of the cathode for discharge lamps of this invention, it is preferable that the said projection part is formed in cyclic | annular form.
In particular, at least one of the main body portion forming material and the tip portion forming material is formed with an emitter housing portion in which an emitter member exposed to the surface to be joined is housed,
It is preferable that the protrusion is formed so as to surround the opening of the emitter accommodating portion.

本発明の放電ランプ用陰極の製造方法によれば、簡便な方法により短時間で陰極を製造することができ、得られる陰極において、点灯中の高温下においても機械的強度が維持される。   According to the method for producing a cathode for a discharge lamp of the present invention, the cathode can be produced in a short time by a simple method, and the obtained cathode maintains the mechanical strength even at a high temperature during lighting.

本発明の放電ランプ用陰極の製造方法により得られる陰極を備える放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。It is sectional drawing for description which shows the structure in an example of the discharge lamp provided with the cathode obtained by the manufacturing method of the cathode for discharge lamps of this invention. 本発明の放電ランプ用陰極の製造方法により得られる陰極の一例における構成を示す説明用断面図である。It is sectional drawing for description which shows the structure in an example of the cathode obtained by the manufacturing method of the cathode for discharge lamps of this invention. 図２に示す陰極の製造方法の一例を示す説明用断面図である。It is sectional drawing for description which shows an example of the manufacturing method of the cathode shown in FIG. 本発明の放電ランプ用陰極の製造方法により得られる陰極の他の例における構成を示す説明用断面図である。It is sectional drawing for description which shows the structure in the other example of the cathode obtained by the manufacturing method of the cathode for discharge lamps of this invention. 図４に示す陰極の製造方法の他の例を示す説明用断面図である。It is sectional drawing for description which shows the other example of the manufacturing method of the cathode shown in FIG. 本発明の放電ランプ用陰極の製造方法により得られる陰極の他の例における構成を示す説明用断面図である。It is sectional drawing for description which shows the structure in the other example of the cathode obtained by the manufacturing method of the cathode for discharge lamps of this invention.

＜放電ランプ＞
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の放電ランプ用陰極の製造方法により得られる陰極を備える放電ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。
この放電ランプは、例えば石英ガラスよりなる発光管１０を有する。この発光管１０は、内部に放電空間Ｓを形成する外形が回転楕円体状の発光部１１と、この発光部１１の両端の各々に一体に連設された、管軸に沿って外方に伸びるロッド状の一方の封止部１２および他方の封止部１３とにより構成されている。 <Discharge lamp>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing a configuration of an example of a discharge lamp including a cathode obtained by the method for producing a cathode for a discharge lamp of the present invention.
The discharge lamp has an arc tube 10 made of, for example, quartz glass. The arc tube 10 has a light-emitting portion 11 having a spheroidal outer shape that forms a discharge space S therein, and outwardly along a tube axis integrally connected to both ends of the light-emitting portion 11. The rod-shaped sealing part 12 and the other sealing part 13 are configured to extend.

この発光管１０の放電空間Ｓ内には、陽極２０および陰極３０が発光管１０の軸方向に沿って互いに対向するよう配置されている。   In the discharge space S of the arc tube 10, the anode 20 and the cathode 30 are arranged so as to face each other along the axial direction of the arc tube 10.

発光管１０における発光部１１内には、例えば、水銀、キセノンガス等の希ガスなどの発光物質が封入されている。   A light emitting material such as a rare gas such as mercury or xenon gas is sealed in the light emitting portion 11 of the arc tube 10.

陽極２０および陰極３０は、それぞれ支持棒２４,３４によって保持されている。   The anode 20 and the cathode 30 are held by support bars 24 and 34, respectively.

一方の封止部１２の内部には、モリブデンよりなる金属箔（図示省略）が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。この金属箔の一端には、支持棒２４の基端が溶接されて電気的に接続されている。また、金属箔の他端には、一方の封止部１２の外端から外方に突出する外部リード（図示省略）が溶接されて電気的に接続されている。   Inside one sealing part 12, a metal foil (not shown) made of molybdenum is embedded in an airtight manner by, for example, a shrink seal. The base end of the support bar 24 is welded and electrically connected to one end of the metal foil. Further, an external lead (not shown) protruding outward from the outer end of one sealing portion 12 is welded and electrically connected to the other end of the metal foil.

他方の封止部１３の内部には、モリブデンよりなる金属箔（図示省略）が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。この金属箔の一端には、支持棒３４の基端が溶接されて電気的に接続されている。また、金属箔の他端には、他方の封止部１３の外端から外方に突出する外部リード（図示省略）が溶接されて電気的に接続されている。   Inside the other sealing portion 13, a metal foil (not shown) made of molybdenum is embedded in an airtight manner by, for example, a shrink seal. The base end of the support bar 34 is welded and electrically connected to one end of the metal foil. Further, an external lead (not shown) protruding outward from the outer end of the other sealing portion 13 is welded and electrically connected to the other end of the metal foil.

この例の放電ランプには、一方の封止部１２および他方の封止部１３の各々の端部に、口金１６，１７が設けられている。これらの口金１６，１７は、それぞれ外部リードに電気的に接続されている。   In the discharge lamp of this example, caps 16 and 17 are provided at the ends of one sealing portion 12 and the other sealing portion 13. These caps 16 and 17 are electrically connected to external leads, respectively.

なお、本発明に係る放電ランプは、垂直点灯する場合もあれば水平点灯する場合もある。   The discharge lamp according to the present invention may be lit vertically or horizontally.

＜陰極：第１の実施形態＞
図２は、本発明の放電ランプ用陰極の製造方法により得られる陰極の一例における構成を示す説明用断面図である。
この陰極３０は、タングステンからなる本体部３１と、この本体部３１の先端面に接合された、エミッタ物質を含む先端部３２とが接合されてなるものである。 <Cathode: First Embodiment>
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the structure of an example of a cathode obtained by the method for manufacturing a cathode for a discharge lamp of the present invention.
The cathode 30 is formed by joining a main body portion 31 made of tungsten and a front end portion 32 containing an emitter material bonded to the front end surface of the main body portion 31.

この例の本体部３１は、円柱状の胴部分３１ａと、この胴部３１ａに連続して形成された、先端に向かって小径となる円錐台状の先端部分３１ｂとを有している。
この例の本体部３１は、例えば純度９９．９９質量％の純タングステンからなる。 The main body 31 in this example includes a cylindrical body portion 31a and a truncated cone-shaped front end portion 31b formed continuously from the body portion 31a and having a smaller diameter toward the front end.
The main body 31 in this example is made of pure tungsten having a purity of 99.99% by mass, for example.

この例の先端部３２は、陰極先端に向かって小径となる円錐台状に形成されている。先端部３２の先端面は平坦面とされている。   The tip portion 32 in this example is formed in a truncated cone shape having a smaller diameter toward the cathode tip. The distal end surface of the distal end portion 32 is a flat surface.

この例の先端部３２は、例えば酸化トリウム（ＴｈＯ2 ）がドープされたタングステン（トリエーテッドタングステン）からなる。先端部３２は、主成分であるタングステンに、エミッタ物質としてのトリウムを酸化トリウム（ＴｈＯ2 ）またはトリウム（Ｔｈ）の状態で担持している。
先端部３２におけるエミッタ物質の濃度は、０．１〜５．０質量％であることが好ましく、より好ましくは０．３〜２．５質量％である。
先端部３２に含有されるエミッタ物質としては、酸化トリウム以外のものでもよく、例えば、酸化ランタン、酸化セリウムなどの希土類酸化物などであってもよい。 The tip 32 in this example is made of tungsten doped with thorium oxide (ThO 2 ), for example (triated tungsten). The tip 32 carries thorium as an emitter material in the state of thorium oxide (ThO 2 ) or thorium (Th) on tungsten, which is the main component.
The concentration of the emitter substance at the tip 32 is preferably 0.1 to 5.0% by mass, more preferably 0.3 to 2.5% by mass.
The emitter material contained in the tip portion 32 may be other than thorium oxide, for example, rare earth oxides such as lanthanum oxide and cerium oxide.

陰極３０においては、先端部３２に含有されているエミッタ物質が、ランプ点灯中に高温となることによって還元され、トリウム原子となって、タングステン粒の粒界拡散や表面拡散によって温度が高い先端面へ移動し、供給される。これによって、陰極先端面の仕事関数を低下させ、電子放出特性が良好なものとなる。   In the cathode 30, the emitter material contained in the tip 32 is reduced when the lamp is heated to a high temperature and becomes thorium atoms, and the tip surface has a high temperature due to grain boundary diffusion or surface diffusion of tungsten grains. Moved to and supplied. As a result, the work function of the cathode tip surface is lowered, and the electron emission characteristics are improved.

＜放電ランプ用陰極の製造方法＞
本発明の放電ランプ用陰極の製造方法は、タングステンからなる本体部と、エミッタ物質を含む先端部とが接合されてなる放電ランプ用陰極の製造方法において、本体部形成材および先端部形成材の少なくとも一方の被接合面に突起部を形成する突起部形成工程と、突起部の先端と本体部形成材または先端部形成材の被接合面とを対向させて当接させた状態で、本体部形成材と先端部形成材とを通電させることにより、突起部を溶融させ、当該本体部形成材および当該先端部形成材を溶着して接合体を形成する接合工程とを有し、接合工程の後、接合体を、突起部による溶着部分の少なくとも一部が残存するように切削することにより、円錐台形状の先端部を形成する切削工程を有することが好ましい。
以下、図２に示す陰極の製造方法の一例について具体的に説明する。 <Method for producing cathode for discharge lamp>
The method for producing a cathode for a discharge lamp of the present invention is a method for producing a cathode for a discharge lamp in which a body portion made of tungsten and a tip portion containing an emitter substance are joined. A main body portion in a state in which a protrusion forming step for forming a protrusion on at least one surface to be joined and the tip of the protrusion and the body portion forming material or the surface to be joined of the tip portion forming material are opposed to each other A bonding step of melting the protrusion by welding the forming material and the tip portion forming material, and welding the main body portion forming material and the tip portion forming material to form a joined body. After that, it is preferable to have a cutting step of forming the truncated cone-shaped tip by cutting the joined body so that at least a part of the welded portion by the protrusion remains.
Hereinafter, an example of the manufacturing method of the cathode shown in FIG. 2 will be specifically described.

（１）突起部形成工程
図３（ａ）に示すように、本体部形成材４１と先端部形成材４２とを用意する。この本体部形成材４１は、製造すべき陰極３０の本体部３１における胴部分３１ａの径と同等の径を有する円柱状の形状を有する。また、先端部形成材４２は、本体部形成材４１の径と同等の径を有する円柱状の形状を有する。
次に、図３（ｂ）に示すように、先端部形成材４２の被接合面４２ｓに突起部４３を形成する。
突起部４３の形成方法としては、例えば旋盤などで切削する方法が挙げられる。 (1) Protrusion part formation process As shown to Fig.3 (a), the main-body part formation material 41 and the front-end | tip part formation material 42 are prepared. The body portion forming material 41 has a cylindrical shape having a diameter equivalent to the diameter of the body portion 31a in the body portion 31 of the cathode 30 to be manufactured. The tip portion forming material 42 has a cylindrical shape having a diameter equivalent to the diameter of the main body portion forming material 41.
Next, as shown in FIG. 3B, the protrusion 43 is formed on the bonded surface 42 s of the tip forming member 42.
Examples of the method of forming the protrusion 43 include a method of cutting with a lathe.

この例の突起部４３は、先端部形成材４２の被接合面４２ｓの中央領域を取り囲むように円環状に形成されており、突起部４３の端面４３ｓは平坦面とされている。
この例の突起部４３の陰極３０の軸方向に沿った断面形状は、長方形状である。 The protrusion 43 in this example is formed in an annular shape so as to surround the central region of the bonded surface 42 s of the tip forming member 42, and the end surface 43 s of the protrusion 43 is a flat surface.
The cross-sectional shape along the axial direction of the cathode 30 of the protrusion 43 in this example is a rectangular shape.

本発明においては、突起部４３は、後述する切削工程において切削される領域部分（以下、「被切削部分」ともいう。）より陰極の中心軸側に形成されることが必須である。
突起部４３の高さは、０．１〜１．０ｍｍであることが好ましく、突起部４３の端面４３ｓの幅は、１〜３ｍｍ程度であることが好ましい。突起部４３は、先端部形成材４２の被接合面４２ｓの中央領域を取り囲むように円環状に複数形成することもできる。
また、突起部４３の端面４３ｓの面積（Ｓｗ）は、後述する実験例からも示されるように、接合強度の観点から、本体部形成材４１または先端部形成材４２の被接合面の面積（Ｓ）の０．３倍以上であることが好ましく、より好ましくは０．５倍以上０．８倍以下である。 In the present invention, it is essential that the protrusion 43 is formed closer to the central axis side of the cathode than an area portion (hereinafter also referred to as “a portion to be cut”) to be cut in a cutting process described later.
The height of the protrusion 43 is preferably 0.1 to 1.0 mm, and the width of the end surface 43 s of the protrusion 43 is preferably about 1 to 3 mm. A plurality of protrusions 43 can also be formed in an annular shape so as to surround the central region of the bonded surface 42 s of the tip forming member 42.
Further, the area (Sw) of the end face 43s of the protrusion 43 is the area of the joined surface of the main body forming material 41 or the tip forming material 42 (from the viewpoint of bonding strength, as shown in the experimental examples described later). S) is preferably 0.3 times or more, more preferably 0.5 times or more and 0.8 times or less.

（２）接合工程
図３（ｃ）に示すように、先端部形成材４２に形成された突起部４３の端面４３ｓと本体部形成材４１の被接合面４１ｓとを、先端部形成材４２の中心軸と本体部形成材４１の中心軸とが一致した状態で対向させて当接させる。この状態を維持したまま、本体部形成材４１と先端部形成材４２とを接合方向に加圧した状態で通電させることにより、突起部４３を加熱溶融させ、本体部形成材４１および先端部形成材４２を溶着して接合体４５を形成する。このとき、本体部形成材４１および先端部形成材４２を通電加熱することにより、熱容量の大きい母体の材料よりも先に、熱容量の小さい突起部４３のみが溶融することとなる。このように、突起部４３のみが溶融することにより、突起部４３と、対向する本体部形成材４１の被接合面４１ｓとが接着し、本体部形成材４１と先端部形成材４２とが溶着され、接合体４５が形成される。
ここで、形成された接合体４５においては、本体部形成材４１の被接合面４１ｓと先端部形成材４２の被接合面４２ｓとの界面（以下、「接合面」ともいう。）において、溶融された突起部４３によって溶着された部分（以下、「溶着部分」ともいう。）４３Ｘ以外の領域は、溶着されていない。 (2) Joining Step As shown in FIG. 3C, the end surface 43 s of the protrusion 43 formed on the tip portion forming material 42 and the surface to be joined 41 s of the main body portion forming material 41 are joined to each other by the tip portion forming material 42. The central axis and the central axis of the main body part forming member 41 are made to face each other and contact with each other. While maintaining this state, the protrusion 43 is heated and melted by energizing the main body forming material 41 and the tip forming material 42 in a state of being pressurized in the joining direction, and the main body forming material 41 and the tip forming portion are formed. A bonded body 45 is formed by welding the material 42. At this time, the main body portion forming material 41 and the tip portion forming material 42 are energized and heated, so that only the projection portion 43 having a small heat capacity is melted before the base material having a large heat capacity. In this way, only the protrusion 43 is melted, so that the protrusion 43 and the bonded surface 41 s of the opposing main body forming material 41 are bonded, and the main body forming material 41 and the tip forming material 42 are welded. As a result, the bonded body 45 is formed.
Here, in the formed bonded body 45, melting is performed at an interface between the bonded surface 41 s of the main body forming material 41 and the bonded surface 42 s of the tip forming material 42 (hereinafter also referred to as “bonded surface”). The region other than the portion welded by the projected portion 43 (hereinafter, also referred to as “welded portion”) 43X is not welded.

通電条件としては、各形成材の寸法や突起部の寸法によって異なるが、電流量が例えば５，０００〜１０，０００Ａ、通電時間が例えば５〜２０秒間である。   The energization conditions vary depending on the dimensions of the respective forming materials and the dimensions of the protrusions, but the amount of current is, for example, 5,000 to 10,000 A, and the energization time is, for example, 5 to 20 seconds.

以上のような接合工程によれば、従来の拡散接合に比べて、短時間での接合が可能となり製造時間を短縮することができる。ここで、従来の拡散接合においては、各形成材の被接合面において、溶融点以下の温度で溶融させず接合させるため、１回の接合時間がおよそ１５〜２０分間程度である。
また、完全な平面同士で接合する方法ではないが、接合面の周方向に均一な溶着部分４３Ｘを形成することにより、接合面での接合に準じた接合強度を得ることができる。
さらに、接合面において、溶着されていない領域があることにより、先端部の熱が本体部に伝導し難く、先端部の温度が高温に維持されるので、エミッタ効率が維持される。 According to the joining process as described above, joining in a short time is possible and manufacturing time can be shortened as compared with conventional diffusion joining. Here, in the conventional diffusion bonding, since the bonding surfaces of the respective forming materials are bonded without being melted at a temperature equal to or lower than the melting point, one bonding time is approximately 15 to 20 minutes.
Moreover, although it is not the method of joining by perfect planes, the joint strength according to the joining in a joining surface can be obtained by forming the uniform welding part 43X in the circumferential direction of a joining surface.
Furthermore, since there is a region that is not welded on the joint surface, the heat at the tip is hardly conducted to the main body, and the temperature at the tip is maintained at a high temperature, so that the emitter efficiency is maintained.

（３）切削工程
図３（ｄ）に示すように、接合工程により形成された接合体４５を、溶着部分４３Ｘの少なくとも一部が残存するように例えば旋盤などで切削することにより、円錐台形状の先端部３２を形成する（図３（ｄ）の破線部分参照）。
切削工程においては、溶着部分４３Ｘの全てが除去されないように切削することが必須であるが、得られる陰極の機械的強度の観点から、溶着部分４３Ｘよりも外側の部分を切削することが好ましい。すなわち、被切削部分が溶着部分４３Ｘと一部重なっていてもよいが、被切削部分が溶着部分４３Ｘよりも外側であることが好ましい。 (3) Cutting step As shown in FIG. 3 (d), the joined body 45 formed by the joining step is cut with, for example, a lathe so that at least a part of the welded portion 43X remains, thereby forming a truncated cone shape. Are formed (see the broken line portion in FIG. 3D).
In the cutting process, it is essential to perform cutting so that not all of the welded portion 43X is removed, but from the viewpoint of the mechanical strength of the obtained cathode, it is preferable to cut the portion outside the welded portion 43X. That is, the part to be cut may partially overlap with the welded part 43X, but the part to be cut is preferably outside the welded part 43X.

なお、図３（ｄ）の例では、本体部形成材４１の一部についても切削されているが、先端部形成材４２のみを切削してもよい。   In addition, in the example of FIG.3 (d), although part of the main-body-part formation material 41 is also cut, you may cut only the front-end | tip part formation material 42. FIG.

＜陰極：第２の実施形態＞
図４は、本発明の放電ランプ用陰極の製造方法により得られる陰極の他の例における構成を示す説明用断面図である。
この陰極３０Ａは、タングステンからなる本体部３１と、この本体部３１の先端面に接合された、エミッタ物質を含む先端部３２とが接合されてなるものである。
本体部３１には、円柱状の形状を有するエミッタ部材Ｅが収容されたエミッタ収容部４４が設けられている。 <Cathode: Second Embodiment>
FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view showing the configuration of another example of the cathode obtained by the method for manufacturing a cathode for a discharge lamp of the present invention.
The cathode 30A is formed by joining a main body portion 31 made of tungsten and a front end portion 32 containing an emitter material, which is bonded to the front end surface of the main body portion 31.
The main body 31 is provided with an emitter accommodating portion 44 in which an emitter member E having a columnar shape is accommodated.

エミッタ部材Ｅは、その先端面（図４における上面）が先端部３２の底面に密着している。
エミッタ部材Ｅは、エミッタ物質が含有されてなるものであり、具体的には、高融点金属材料およびエミッタ物質の焼結体により構成されている。
エミッタ部材Ｅを構成する高融点金属材料としては、タングステン、モリブデンなどを用いることができる。
エミッタ部材Ｅにおけるエミッタ物質の濃度は、１０〜８０質量％であることが好ましく、より好ましくは２０〜５０質量％である。 The emitter member E has a distal end surface (upper surface in FIG. 4) in close contact with the bottom surface of the distal end portion 32.
The emitter member E contains an emitter material, and is specifically composed of a refractory metal material and a sintered body of the emitter material.
As the refractory metal material constituting the emitter member E, tungsten, molybdenum or the like can be used.
The concentration of the emitter substance in the emitter member E is preferably 10 to 80% by mass, more preferably 20 to 50% by mass.

図４に示す陰極においては、本体部３１にエミッタ収容部４４が設けられていることの他は、図２に示す陰極の構成と同様であるので、その他の構成の説明は省略する。   The cathode shown in FIG. 4 is the same as the cathode shown in FIG. 2 except that the main body 31 is provided with the emitter accommodating portion 44, and the description of the other components is omitted.

＜放電ランプ用陰極の製造方法＞
以下、図４に示す陰極の製造方法の一例について具体的に説明する。 <Method for producing cathode for discharge lamp>
Hereinafter, an example of the manufacturing method of the cathode shown in FIG. 4 is demonstrated concretely.

（１）突起部形成工程
図５（ａ）に示すように、本体部形成材４１と先端部形成材４２とを用意する。この本体部形成材４１は、製造すべき陰極３０Ａの本体部３１における胴部分３１ａの径と同等の径を有する円柱状の形状を有し、当該本体部形成材４１の中心部に中心軸に沿って円柱状の空間を有するエミッタ収容部４４が形成されている。また、先端部形成材４２は、本体部形成材４１の径と同等の径を有する円柱状の形状を有する。そして、本体部形成材４１の被接合面４１ｓに露出するようにエミッタ部材Ｅをエミッタ収容部４４に配置する。
次に、図５（ｂ）に示すように、先端部形成材４２の被接合面４２ｓに突起部４３を切削などにより形成する。 (1) Protrusion part formation process As shown to Fig.5 (a), the main-body part formation material 41 and the front-end | tip part formation material 42 are prepared. The main body portion forming material 41 has a cylindrical shape having a diameter equivalent to the diameter of the body portion 31a of the main body portion 31 of the cathode 30A to be manufactured, and has a central axis at the center of the main body portion forming material 41. An emitter accommodating portion 44 having a cylindrical space is formed along the same. The tip portion forming material 42 has a cylindrical shape having a diameter equivalent to the diameter of the main body portion forming material 41. Then, the emitter member E is arranged in the emitter accommodating portion 44 so as to be exposed on the bonded surface 41 s of the main body portion forming material 41.
Next, as shown in FIG. 5B, the protrusion 43 is formed on the bonded surface 42 s of the tip forming member 42 by cutting or the like.

この例の突起部４３は、エミッタ収容部４４の開口を取り囲む位置に円環状に形成されており、突起部４３の端面４３ｓは平坦面とされている。
この例の突起部４３の陰極３０Ａの軸方向に沿った断面形状は、長方形状である。 The protrusion 43 in this example is formed in an annular shape at a position surrounding the opening of the emitter accommodating portion 44, and the end surface 43s of the protrusion 43 is a flat surface.
The cross-sectional shape along the axial direction of the cathode 30A of the protrusion 43 in this example is a rectangular shape.

本発明においては、この実施形態のように、本体部形成材および先端部形成材の少なくとも一方に、エミッタ収容部を形成する場合において、突起部は、環状に形成されていることが好ましく、特に、突起部がエミッタ収容部の開口を取り囲む位置に環状に形成されていることが好ましい。これは、接合工程において、エミッタ部材の露出面を確保しながら、その外周を溶着することが好ましいためである。これにより、エミッタ部材が先端部の底面に接触すると共に、その外周の溶着部によって密閉されるので、エミッタ部材からのエミッタ物質を先端部に確実に供給すると共に、エミッタ物質が漏出することを抑制することができる。   In the present invention, as in this embodiment, in the case where the emitter accommodating portion is formed in at least one of the main body portion forming material and the tip portion forming material, the protrusion is preferably formed in an annular shape, The protrusion is preferably formed in an annular shape at a position surrounding the opening of the emitter accommodating portion. This is because it is preferable to weld the outer periphery of the emitter member while securing the exposed surface of the emitter member in the joining step. As a result, the emitter member comes into contact with the bottom surface of the tip portion and is sealed by the welded portion on the outer periphery thereof, so that the emitter material from the emitter member is reliably supplied to the tip portion and the emitter material is prevented from leaking. can do.

（２）接合工程
図５（ｃ）に示すように、先端部形成材４２に形成された突起部４３の端面４３ｓと本体部形成材４１の被接合面４１ｓとを、先端部形成材４２の中心軸と本体部形成材４１の中心軸とが一致した状態で対向させて当接させる。この状態を維持したまま、本体部形成材４１と先端部形成材４２とを接合方向に加圧した状態で通電させることにより、突起部４３を加熱溶融させ、本体部形成材４１および先端部形成材４２を溶着して接合体４５を形成する。 (2) Joining Step As shown in FIG. 5C, the end surface 43 s of the protrusion 43 formed on the tip portion forming material 42 and the surface to be joined 41 s of the main body portion forming material 41 are joined to each other by the tip portion forming material 42. The central axis and the central axis of the main body part forming member 41 are made to face each other in a state where they coincide with each other. While maintaining this state, the protrusion 43 is heated and melted by energizing the main body forming material 41 and the tip forming material 42 in a state of being pressurized in the joining direction, and the main body forming material 41 and the tip forming portion are formed. A bonded body 45 is formed by welding the material 42.

（３）切削工程
図５（ｄ）に示すように、接合工程により形成された接合体４５を、溶着部分４３Ｘの少なくとも一部が残存するように例えば旋盤などで切削することにより、円錐台形状の先端部３２を形成する（図５（ｄ）の破線部分参照）。 (3) Cutting Step As shown in FIG. 5 (d), the joined body 45 formed by the joining step is cut with, for example, a lathe so that at least a part of the welded portion 43X remains, thereby forming a truncated cone shape. Is formed (see the broken line portion in FIG. 5D).

以上のように、本発明の放電ランプ用陰極の製造方法においては、本体部形成材と先端部形成材とを通電加熱することによって突起部が溶融され、これにより、本体部形成材と先端部形成材とが溶着して接合するので、従来の拡散接合に比べて、簡便で、短時間での接合が可能となり製造時間を短縮することができる。   As described above, in the method for manufacturing a cathode for a discharge lamp according to the present invention, the protrusion is melted by energizing and heating the main body portion forming material and the tip portion forming material, thereby the main body portion forming material and the tip portion. Since the forming material is welded and bonded, it is simpler and can be bonded in a shorter time than the conventional diffusion bonding, and the manufacturing time can be shortened.

本発明においては、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、エミッタ収容部は、本体部形成材および先端部形成材の少なくとも一方に形成されればよく、図６に示す陰極３０Ｂのように、先端部３２を形成するための先端部形成材にエミッタ収容部４４が形成されていてもよい。
また例えば、突起部は、本体部形成材および先端部形成材の少なくとも一方に形成されればよく、突起部が、本体部形成材および先端部形成材の双方に形成される場合には、双方の突起部の端面(先端)同士が対向するように形成されることが好ましい。
さらに例えば、突起部は、環状に形成されていることに限定されず、例えば円盤状に形成されていてもよい。突起部が環状に形成されている場合でも、部分的に間隙がある状態でもよい。また、突起部の陰極の軸方向に沿った断面形状としては、例えば、台形状、矩形状などが挙げられるが、突起部の端面は、平坦面であることに限定されず、曲面であってもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
For example, the emitter accommodating portion may be formed on at least one of the main body portion forming material and the tip portion forming material, and the emitter is formed on the tip portion forming material for forming the tip portion 32 as in the cathode 30B shown in FIG. The accommodating part 44 may be formed.
In addition, for example, the protrusion may be formed on at least one of the body part forming material and the tip part forming material, and when the protrusion part is formed on both the body part forming material and the tip part forming material, both It is preferable that end surfaces (tips) of the protrusions are formed so as to face each other.
Furthermore, for example, the protrusion is not limited to being formed in an annular shape, and may be formed in a disk shape, for example. Even in the case where the protrusion is formed in an annular shape, there may be a state where there is a gap partially. In addition, examples of the cross-sectional shape of the protrusion along the axial direction of the cathode include a trapezoidal shape and a rectangular shape, but the end surface of the protrusion is not limited to a flat surface, and is a curved surface. Also good.

〔実験例〕
各形成材の接合において、拡散接合によって得られた接合体と、本発明に係る突起部を溶着すること（以下、「突起溶着」ともいう。）によって得られた接合体との接合強度を測定した。
具体的には、純タングステンからなる外径φ１５ｍｍ、全長８０ｍｍのタングステン棒（本体部）と、ＴｈＯ2 をドープしたタングステン（ＴｈＯ2 の濃度：２質量％）からなる外径φ１５ｍｍ、全長８０ｍｍのトリエーテッドタングステン棒(先端部)との接合を、拡散接合と突起溶着とで行い、得られた接合体の引張強度をそれぞれ測定した。なお、突起溶着については、先端部の被接合面に高さ１ｍｍの突起部を円環状に形成した。また、突起部の端面の面積を「Ｓｗ（ｍｍ2 ）」とし、先端部の被接合面の面積を「Ｓ（ｍｍ2 ）」としたとき、突起部の端面の面積Ｓｗが、０．２×Ｓ、０．３×Ｓ、０．５×ＳおよびＳである場合について行った。 [Experimental example]
In the bonding of each forming material, the bonding strength between the bonded body obtained by diffusion bonding and the bonded body obtained by welding the protrusions according to the present invention (hereinafter also referred to as “protrusion welding”) is measured. did.
Specifically, outer diameter 15 mm made of pure tungsten, tungsten rod total length 80mm (body portion), (concentration of ThO 2: 2 wt%) ThO 2 doped tungsten consisting outer diameter 15 mm, the total length 80mm Torie Bonding with the Ted tungsten rod (tip portion) was performed by diffusion bonding and projection welding, and the tensile strength of the obtained bonded body was measured. In addition, about protrusion welding, the 1 mm high protrusion part was formed in the annular | circular shape in the to-be-joined surface of the front-end | tip part. In addition, when the area of the end surface of the protrusion is “Sw (mm 2 )” and the area of the surface to be bonded is “S (mm 2 )”, the area Sw of the end surface of the protrusion is 0.2. It was performed for the cases of xS, 0.3xS, 0.5xS and S.

Figure 0005949747
Figure 0005949747

表１の結果より、本発明に係る突起溶着においては、突起部の端面の面積Ｓｗが０．３×Ｓ以上である場合に、拡散接合を上回る接合強度が得られることが確認された。   From the results in Table 1, it was confirmed that in the projection welding according to the present invention, when the area Sw of the end face of the projection is 0.3 × S or more, a bonding strength exceeding the diffusion bonding can be obtained.

〈実施例１〉
以下に示す工程を経て、陰極〔１〕を作製した。
（１）突起部形成工程
下記寸法となるように、各形成材を切削処理し、表面を研磨・洗浄処理し、水素処理を１０００℃で行った。なお、突起部は先端部形成材に形成した。
本体部形成材（４１）の寸法：外径１０ｍｍ、全長１８ｍｍ
本体部形成材（４１）の材質：純タングステン
先端部形成材（４２）の寸法：外径１０ｍｍ、全長１０ｍｍ
先端部形成材（４２）の材質：ＴｈＯ2 をドープしたタングステン（ＴｈＯ2 の濃度：２質量％）
突起部（４３）の寸法：外径７ｍｍ、幅２．４ｍｍ、高さ１ｍｍ（突起部の端面の面積が先端部形成材の被接合面の面積の０．３倍）
（２）接合工程
突起部（４３）の端面（４３ｓ）と先端部形成材（４２）の被接合面（４２ｓ）とを対向させて当接させ、本体部形成材と先端部形成材とを加圧条件：５ｋＮで加圧し、通電条件：電流１０，０００Ａ、１０秒間で通電させた。
（３）切削工程
接合工程により形成された接合体を、下記の寸法となるように切削した後、洗浄を行い、真空熱処理を行い、７ｋＷのキセノンランプの陰極〔１〕を作製した。
陰極（３０）の寸法：外径１０ｍｍ、全長２１ｍｍ、先端角４０度 <Example 1>
A cathode [1] was produced through the following steps.
(1) Protrusion part formation process Each formation material was cut and the surface was polished and washed so as to have the following dimensions, and hydrogen treatment was performed at 1000 ° C. The protrusions were formed on the tip forming material.
Dimensions of main body forming material (41): outer diameter 10 mm, total length 18 mm
Body part forming material (41) material: Pure tungsten tip forming material (42) dimensions: 10 mm outer diameter, 10 mm overall length
The material of the tip forming material (42): ThO 2 doped tungsten (concentration of ThO 2: 2 mass%)
Dimensions of protrusion (43): outer diameter 7 mm, width 2.4 mm, height 1 mm (the area of the end face of the protrusion is 0.3 times the area of the joined surface of the tip forming material)
(2) Joining process The end face (43s) of the projection (43) and the face to be joined (42s) of the tip forming member (42) are brought into contact with each other to bring the main body forming member and the tip forming member into contact. Pressurizing condition: pressurized at 5 kN, energizing condition: current 10,000 A, energized for 10 seconds.
(3) Cutting process After the joined body formed by the joining process was cut to the following dimensions, it was washed and subjected to vacuum heat treatment to produce a cathode [1] of a 7 kW xenon lamp.
Dimensions of cathode (30): outer diameter 10 mm, total length 21 mm, tip angle 40 degrees

〈実施例２〉
以下に示す工程を経て、陰極〔２〕を作製した。
（１）突起部形成工程
下記寸法となるように、各形成材を切削処理し、表面を研磨・洗浄処理し、水素処理を１０００℃で行った。なお、突起部は先端部形成材に形成し、本体部形成材にエミッタ収容部を形成した。
本体部形成材（４１）の寸法：外径８ｍｍ、全長４１．５ｍｍ
本体部形成材（４１）の材質：純タングステン
先端部形成材（４２）の寸法：外径８ｍｍ、全長１０ｍｍ
先端部形成材（４２）の材質：ＣｅＯ2 をドープしたタングステン（ＣｅＯ2 の濃度：２質量％）
突起部（４３）の寸法：外径５．６ｍｍ、幅１．１ｍｍ、高さ１ｍｍ（突起部の端面の面積が先端部形成材の被接合面の面積の０．３倍）
エミッタ収容部（４４）の寸法：孔径２．５ｍｍ、全長３ｍｍ
エミッタ部材（Ｅ）の材料：ＣｅＯ2 ，ＺｒＯ2 ，Ｗの焼結体
（２）接合工程
エミッタ収容部（４４）にエミッタ部材（Ｅ）を挿入し、突起部（４３）の端面（４３ｓ）と先端部形成材（４２）の被接合面（４２ｓ）とを対向させて当接させ、本体部形成材と先端部形成材とを加圧条件：３ｋＮで加圧し、通電条件：電流６，０００Ａ、１０秒間で通電させた。
（３）切削工程
接合工程により形成された接合体を、下記の寸法となるように切削した後、洗浄を行い、真空熱処理を行い、２ｋＷの高圧ＵＶランプの陰極〔２〕を作製した。
陰極（３０）の寸法：外径８ｍｍ、全長５０ｍｍ、先端角４０度 <Example 2>
The cathode [2] was produced through the following steps.
(1) Protrusion part formation process Each formation material was cut and the surface was polished and washed so as to have the following dimensions, and hydrogen treatment was performed at 1000 ° C. The protrusion was formed on the tip portion forming material, and the emitter accommodating portion was formed on the main body forming material.
Dimensions of main body forming material (41): outer diameter 8mm, total length 41.5mm
Material of main body forming material (41): Pure tungsten tip forming material (42) dimensions: outer diameter 8 mm, total length 10 mm
Tip part forming material (42): CeO 2 doped tungsten (CeO 2 concentration: 2 mass%)
Dimensions of protrusion (43): outer diameter 5.6 mm, width 1.1 mm, height 1 mm (the area of the end face of the protrusion is 0.3 times the area of the joined surface of the tip forming material)
Dimensions of emitter housing (44): hole diameter 2.5mm, total length 3mm
Material of emitter member (E): CeO 2 , ZrO 2 , W sintered body (2) joining step The emitter member (E) is inserted into the emitter housing portion (44), and the end surface (43s) of the projection (43) And the to-be-joined surface (42s) of the tip portion forming material (42) are brought into contact with each other, the body portion forming material and the tip portion forming material are pressurized at a pressure condition of 3 kN, and an energizing condition is a current 6, 000 A was energized for 10 seconds.
(3) Cutting process After the joined body formed by the joining process was cut to the following dimensions, it was washed and subjected to vacuum heat treatment to produce a cathode [2] of a 2 kW high-pressure UV lamp.
Dimensions of cathode (30): outer diameter 8 mm, total length 50 mm, tip angle 40 degrees

〈比較例１〉
実施例１において、突起部形成工程において突起部を形成せず、接合工程において、真空処理、加熱処理（１８００℃、７分間）および冷却処理により拡散接合を行ったことの他は同様にして比較用陰極〔１〕を作製した。 <Comparative example 1>
In Example 1, the protrusions were not formed in the protrusion formation process, and the comparison was made in the same manner except that diffusion bonding was performed by vacuum treatment, heat treatment (1800 ° C., 7 minutes) and cooling treatment in the joining step. A cathode [1] was prepared.

得られた陰極〔１〕，〔２〕および比較用陰極〔１〕の引張強度を測定したところ、同程度の接合強度であった。
以上の結果から明らかなように、実施例１および２に係る陰極〔１〕，〔２〕によれば、拡散接合に比べ短時間で接合することができ、得られる陰極が、拡散接合による接合の場合と同等の機械的強度を有していることが確認された。 When the tensile strengths of the obtained cathodes [1] and [2] and comparative cathode [1] were measured, the joint strength was comparable.
As is clear from the above results, according to the cathodes [1] and [2] according to Examples 1 and 2, the cathode can be bonded in a shorter time than diffusion bonding, and the obtained cathode is bonded by diffusion bonding. It was confirmed that it had the same mechanical strength as in the case of.

１０ 発光管
１１ 発光部
１２ 一方の封止部
１３ 他方の封止部
１６，１７ 口金
２０ 陽極
２４ 支持棒
３０，３０Ａ，３０Ｂ 陰極
３１ 本体部
３１ａ 胴部分
３１ｂ 先端部分
３２ 先端部
３４ 支持棒
４１ 本体部形成材
４１ｓ 被接合面
４２ 先端部形成材
４２ｓ 被接合面
４３ 突起部
４３ｓ 端面
４３Ｘ 溶着部分
４４ エミッタ収容部
４５ 接合体
Ｅ エミッタ部材
Ｓ 放電空間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light emission tube 11 Light emission part 12 One sealing part 13 The other sealing part 16, 17 Base 20 Anode 24 Support rod 30, 30A, 30B Cathode 31 Body part 31a Body part 31b Tip part 32 Tip part 34 Support bar 41 Body Part forming material 41 s Joined surface 42 Tip portion forming material 42 s Joined surface 43 Projection 43 s End surface 43 X Welded portion 44 Emitter housing 45 Joined body E Emitter member S Discharge space

Claims (4)

タングステンからなる本体部と、エミッタ物質がドープされたタングステンからなる先端部とが接合されてなる放電ランプ用陰極の製造方法において、
タングステンからなる本体部形成材およびエミッタ物質がドープされたタングステンからなる先端部形成材の少なくとも一方の被接合面に突起部を形成する突起部形成工程と、
前記突起部の先端と前記本体部形成材または前記先端部形成材の被接合面とを対向させて当接させた状態で、前記本体部形成材と前記先端部形成材とを通電させることにより、前記突起部を溶融させ、当該本体部形成材および当該先端部形成材を溶着して接合体を形成する接合工程とを有することを特徴とする放電ランプ用陰極の製造方法。 In a method for manufacturing a cathode for a discharge lamp in which a main body portion made of tungsten and a tip portion made of tungsten doped with an emitter material are joined,
A projecting portion forming step of forming a projecting portion on at least one bonded surface of a body portion forming material made of tungsten and a tip portion forming material made of tungsten doped with an emitter substance ;
By energizing the body part forming material and the tip part forming material in a state where the tip of the projection and the body part forming material or the surface to be joined of the tip part forming material are opposed to each other A method for producing a cathode for a discharge lamp, comprising: joining a step of melting the protrusion and welding the body portion forming material and the tip portion forming material to form a joined body. 前記接合工程により形成された前記接合体を、前記突起部による溶着部分の少なくとも一部が残存するように切削することにより、円錐台形状の先端部を形成する切削工程を有することを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ用陰極の製造方法。   It has the cutting process which forms the truncated-conical front-end | tip part by cutting the said joined body formed of the said joining process so that at least one part of the welding part by the said projection part may remain | survive. The manufacturing method of the cathode for discharge lamps of Claim 1. 前記突起部が環状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電ランプ用陰極の製造方法。   The method for manufacturing a cathode for a discharge lamp according to claim 1 or 2, wherein the protrusion is formed in an annular shape. 前記本体部形成材および前記先端部形成材の少なくとも一方に、被接合面に露出するエミッタ部材が収容されたエミッタ収容部が形成されており、
前記突起部がエミッタ収容部の開口を取り囲む位置に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の放電ランプ用陰極の製造方法。
At least one of the main body part forming material and the tip part forming material is formed with an emitter housing part in which an emitter member exposed to the surface to be joined is housed,
4. The method for manufacturing a cathode for a discharge lamp according to claim 3, wherein the protrusion is formed at a position surrounding the opening of the emitter accommodating portion.
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