CN102315078B - 短弧型放电灯 - Google Patents

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Abstract

一种短弧型放电灯，在其发光管内部，阴极和阳极相对配置，上述阴极由以下构成：由钨构成的主体部；以及与其前端结合的由含钍钨构成的发射部，有效利用发射部内部含有的氧化钍，提供一种防止发射部表面的氧化钍枯竭的构造，其特征在于，在上述阴极的上述主体部和发射部的结合面上局部地形成有间隙，因发射部中的氧化钍的还原反应而产生的一氧化碳通过该间隙放射到外部。

Description

短弧型放电灯
技术领域
本发明涉及一种短弧型放电灯，尤其涉及一种阴极设置了含有氧化钍的发射部的短弧型放电灯。
背景技术
一直以来，封入了水银的短弧型放电灯中，在发光管内相对配置的一对电极的前端之间的距离较短，接近点光源，因此通过与光学系统组合，作为聚光效率高的曝光装置的光源而被使用。并且，封入了氙的短弧型放电灯在放映机等中作为可视光光源被使用，近年来作为数字电影用光源也得到了重用。
并且，在上述短弧型放电灯中，在阴极设置发射材料以提高电子放射性能的装置为世人所知。
专利文献1(特开2010-33825号公报)公开了现有的短弧型放电灯的构造及其阴极构造。
图3公开了该现有技术，(A)是灯的整体图，(B)表示其阴极构造。
如图3(A)所示，在短弧型放电灯1的发光管10内，由钨构成的阴极11和阳极12相对配置。在上述发光管10内封入有水银、氙等发光物质。此外在该图中，示出了短弧型放电灯1垂直点灯的方式，但根据其用途不同，也可水平点灯。
并且，图3(B)表示该灯中的阴极构造，阴极12由含有发射极的发射部12a以及与其一体形成的主体部12b构成。该电极发射部12a例如由含有氧化钍等发射物质的钨构成，电极主体部12b以高纯度的钨形成。
因此，现有技术中已经知道，放电灯的阴极前端含有发射物质，构成电子放射性能良好的灯。
但近来，发射物质的使用设定了限制，要求避免其大量使用。
从节约作为发射物质的钍、稀土元素等稀少资源的角度出发，最好不要大量使用，并且在使用钍时，因该钍是放射性物质，所以也存在其处理受法律限制的情况。
因此，为了尽量避免发射物质的使用，如现有例所示，开发了各种仅在阴极前端含有发射物质的放电灯。
并且，在这种灯中，作为发射物质使用钍时，阴极的前端部的含钍钨(トリエ一テツドタングステン)中含有的氧化钍，在阴极表面内因灯点灯时变为高温而被还原，变为钍原子，在阴极外表面扩散，向温度高的前端侧移动并蒸发。
这样一来，可减小功函数，使电子放射性能良好。
但在上述现有技术中，在灯点灯时实际上有助于改善电子放射性能的发射物质只限于从阴极前端表面开始到极浅的区域为止含有的发射物质。这是因为，和为了使阴极前端的表面温度变得最高、通过其热量使发射物质蒸发并消耗的量相比，从温度较低的阴极内部通过热扩散提供到阴极前端表面的发射物质的量较少。
其结果是，即使阴极内部含有丰富的发射物质，从内部到表面的供给也不会充分进行，在其表面出现发射物质枯竭的现象。
因此，在上述现有技术中，即使阴极前端含有发射物质，但该发射物质未被充分利用，在阴极前端表面发生发射物质枯竭时，电子放射性能下降，存在产生闪烁的问题。
专利文献1：日本特开2010-33825号公报
发明内容
本发明鉴于以上现有技术的问题点而出现，提供一种短弧型放电灯，其具有前端设置了发射物质的阴极构造，通过有效利用阴极前端的内部含有的发射物质，从而可防止在阴极表面发生发射物质枯竭，即使减少发射材料的使用量也可通过发射物质的充分利用来进行补充，从而长时间维持电子放射功能，延长灯的闪烁寿命。
为解决上述课题，在本发明中，提供一种短弧型放电灯，在其发光管内部，阴极和阳极相对配置，上述阴极由以下构成：由钨构成的主体部；以及与该主体部扩散结合的由含钍钨构成的发射部，其特征在于，在上述主体部和发射部的结合面上局部地形成有间隙。
并且，其特征在于，上述主体部具有前端变为小径的缩径部，上述发射部在该缩径部的前端扩散结合。
并且，其特征在于，上述缩径部包含上述发射部在内为锥形。
进一步，其特征在于，上述主体部和发射部的至少任意一方的结合端面形成为存在凹凸的粗糙面，上述间隙通过该凹凸形成。
根据本发明，在阴极主体部和发射部的结合面上局部地形成有间隙，这样一来，发射部含有的氧化钍和周围的碳进行还原反应时，生成的一氧化碳通过上述间隙放射到阴极外部，因此促进了上述还原反应，阴极内部含有的氧化钍被有效利用，结果表面处不会产生氧化钍的枯竭，即使限制发射物质的使用，也可实现闪烁寿命长的灯。
附图说明
图1是本发明涉及的放电灯的电极的剖视图。
图2是图1的部分放大说明图。
图3是现有的短弧型放电灯的剖视图。
具体实施方式
图1表示本发明的短弧型放电灯的阴极构造，阴极2由以下构成：由钨构成的主体部3；与其前端扩散结合的发射部4。其中，扩散结合是指，使金属之间面重叠，在小于熔点的固相状态下加热、加压到不产生塑性变形的程度，使结合部的原子扩散的固相结合。
上述主体部3例如由纯度99.99重量％以上的纯钨构成，而发射部4由在作为主要成分的钨中作为发射物质含有氧化钍(ThO2)的、所谓含钍钨(也称为敷钍钨，トリタン)构成，氧化钍的含量例如是2wt％。
一般情况下，构成该发射部4的含钍钨中含有的氧化钍在灯点灯过程中通过变成高温而被还原，变为钍原子，在阴极外表面上扩散，向温度高的前端侧移动并蒸发。这样一来，可减小功函数，使电子放射性能良好。
并且，上述发射部4的形状整体上大致为圆锥梯形，结合到上述主体部3的缩径部3a，其前端面与在此未图示的阳极相对配置。上述主体部3的缩径部3a越靠近前端侧直径越小，在该图中呈锥形，发射部4的形状也为与之对应的锥形。
但上述主体部3的缩径部3a的形状不限于锥形，也可以是圆弧形，并且发射部4的前端也可以是炮弹型的圆弧状。
进一步，虽然表示的是发射部4在主体部3的缩短部3a处结合，但根据阴极整体的形状不同，也可以在主体部3的圆柱部分结合。
在本发明中，如图2所示，在上述阴极2的主体部3和发射部4的结合面5上局部地形成有间隙6。
该间隙6在结合的主体部3或发射部4中，在至少任意一方的表面上形成凹凸，成为粗糙面，通过该凹凸，形成间隙6。
上述凹凸形成的粗糙面的算术平均粗糙度Ra是0.4a～6.3a范围内的粗糙度，另一个表面可以是所谓镜面，也可是适当的粗糙面，其算术平均粗糙度例如可以是0.012a～6.3a。
因此，在主体部3和反射部4的结合面5中，形成数μm左右的间隙6。
在灯点灯时，在构成反射部4的含钍钨中的氧化钍的表面，与固溶于钨中的碳原子之间产生还原反应，生成钍的同时产生一氧化碳。
一氧化碳的压力变高时，上述还原反应停止，不再生成钍。产生的该一氧化碳固溶于周围的钨。
其中，[C]w表示固溶于钨的碳，[O]w表示固溶于钨的氧。
并且，在钨中，[C]w、[O]w移动并扩散到外部时，一氧化碳的压力下降，上述氧化钍的加速还原。即，氧化钍的还原受限于[C]w、[O]w的扩散。
在纯钨(主体部3)和含钍钨(发射部4)的结合紧密、其结合面5中不存在间隙6时，[C]w、[O]w必须在钨中扩散，因此扩散速度非常慢。所以在氧化钍的周边的钨中，一氧化碳的压力变高，上述还原反应停止。
另一方面，在结合面5中形成间隙6时，[C]w、[O]w在钨中不会长距离地扩散，在短时间内到达该间隙6，生成一氧化碳。因一氧化碳是气体，所以非常快地扩散。
这样一来，到达间隙6的一氧化碳从该间隙6放射到阴极的外部，钨中的一氧化碳的压力下降，促进了上述钍的还原反应。
说明阴极的制作方法的一例。
准备好直径10mm、厚5mm的含钍钨，及直径10mm、厚20mm的纯钨。在车床加工中，调整切削速度、传送速度等，使含钍钨、纯钨的结合面的至少一方的表面粗糙度的中心线平均粗糙度Ra在0.4a～6.3a的范围内。接着将含钍钨和纯钨的结合面对齐，在真空中向轴方向施加2.5kN左右的压缩力。并且通过通电加热使结合部的温度约为2000℃，使含钍钨和纯钨扩散结合5分钟左右。其结果是，在上述表面粗糙度范围内，在结合界面5中出现数μm左右的间隙6。
通过对扩散结合后的材料进行切削加工，变为前端是发射部4(含钍钨)、后端是主体部3(纯钨)的阴极2。
此外，对于间隙6的存在，可研磨结合阴极的截面，并通过扫描型电子显微镜(SEM：Scanning Electron Microscope)、金属显微镜等观察来确认。
如上所述，根据本发明，在阴极主体部(钨)和发射部(含钍钨)的结合面上形成间隙，因此可迅速扩散去除反射部的氧化钍和碳的还原反应时生成的一氧化碳，将钨中的一氧化碳的压力抑制得较低，因此可促进上述还原反应，使阴极内部存在的氧化钨也能够有效发挥作用。因此，不会出现仅阴极表面部的氧化钨被使用的情况，可防止反射物质的枯竭造成的寿命缩短。
这样一来，可实现一种可对应限制反射物质使用量的社会性要求的阴极构造，作为具体构造是在阴极主体部的缩径部结合反射部的构造时，也可长期发挥防闪烁功能。

Claims (3)

1.一种短弧型放电灯，在其发光管内部，阴极和阳极相对配置，上述阴极由以下构成：由钨构成的主体部；以及与该主体部扩散结合的由含钍钨构成的发射部，其特征在于，
在上述主体部和发射部的结合面上局部地形成有间隙，
上述主体部和发射部的至少任意一方的结合端面形成为存在凹凸的粗糙面，上述间隙通过该凹凸形成，
上述粗糙面的算术平均粗糙度Ra为0.4a～6.3a的范围，与该粗糙面结合的面的算术平均粗糙度Ra为0.012a～6.3a。
2.根据权利要求1所述的短弧型放电灯，其特征在于，上述主体部具有前端变为小径的缩径部，上述发射部在该缩径部的前端扩散结合。
3.根据权利要求2所述的短弧型放电灯，其特征在于，上述缩径部包含上述发射部在内为锥形。
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