CN103426714A - 短弧型放电灯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种短弧型放电灯，具有由钨构成的主体部和由敷钍钨构成的前端部固相接合而形成的阴极结构，其中，提高阴极的主体部和前端部的接合强度而达到与作为主体部母材的钨同等的机械强度，从而防止在切削加工时在接合界面的脱落、破损的事故。在与上述阴极的主体部和前端部的接合界面相垂直的截面上，在沿该接合界面500μm以上的任意区域内，当该任意区域的长度为L0，跨越该接合界面存在的钨结晶粒的沿该接合界面的长度的总和为L时，（L/L0）≥0.16。
Description
技术领域
本发明涉及一种短弧型放电灯，特别是涉及设置有阴极含有氧化钍的前端部的短弧型放电灯。
背景技术
一直以来，封入水银的短弧型放电灯由于在发光管内相对配置的一对电极的前端间距短且靠近点光源，因此通过与光学系统的组合而用作集光效率高的曝光装置的光源。
并且，封入氙的短弧型放电灯在放映机等中用作可视光光源，在近年来也作为数字影片用光源而被重用。
而且，公知在所述短弧型放电灯中，使阴极含有氧化钍等发射极材料而提高电子放出特性的技术。
但是，如果成为使阴极整体含有作为该发射极材料的氧化钍的结构的话，则要大量地使用氧化钍，从节省资源的观点来看并不是好的选择，并且，由于钍为放射性物质，其使用有很多限制，从而难以实现使阴极整体含有作为该发射极材料的氧化钍的阴极结构。
从这样的观点来看，成为含有作为该发射极材料的氧化钍的阴极结构时，公知如下接合阴极结构：阴极主体由钨材料构成，其前端固相接合有由含有氧化钍的敷钍钨（thoriated tungsten）构成的前端部。日本特开2012-015007号公报（专利文献1）即为该技术。
但是，制作所述固相接合结构的阴极时，使由敷钍钨构成的前端部固相接合于构成阴极主体部的钨材料后，为了形成预定的阴极形状而通过车床等进行切削加工时，会发生因加工的冲击而从接合界面破损的事故。
因此，在接合阴极中存在如下问题点：接合界面的接合强度弱，以该接合界面作为起点发生机械性的断裂。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－015007号公报
发明内容
本发明鉴于上述现有技术的问题点，提供一种短弧型放电灯，具有由钨构成的主体部和由敷钍钨构成的前端部固相接合而形成的阴极结构，其中，通过提高阴极的主体部和前端部的接合强度而达到与作为主体部母材的钨同等的机械强度，从而防止在切削加工时在接合界面的脱落、破损的事故。
为解决上述问题，在本发明中，在与上述阴极的主体部和前端部的接合界面相垂直的截面上，在沿该接合界面500μm以上的任意区域内，当沿上述接合界面的任意区域的长度为L0、跨越该接合界面存在的钨结晶粒的沿该接合界面的长度的总和为L时，（L/L0）≥0.16。
根据本发明，含有氧化钍的前端部固相接合于由钨构成的阴极的主体部的阴极结构中，通过将跨越该接合界面存在的钨结晶粒的长度的总和，换言之，总面积的总和定为预定比例以上，能够使接合界面的机械强度足够大，防止切削加工时前端部脱落、破损的事故。
附图说明
图1是本发明涉及的放电灯的剖视图。
图2是本发明中阴极的放大图。
图3是本发明中阴极的制造方法的说明图。
图4是本发明中阴极的接合前的放大剖视图。
图5是本发明中阴极的接合后的放大剖视图。
图6是本发明中接合阴极的剖视图。
图7是表示本发明的效果的表格。
图8是表示本发明的效果的图表。
具体实施方式
图1表示本发明的短弧型放电灯，石英玻璃制的发光管2内相对配置有阴极3和阳极4，两电极3、4分别密封支撑于密封部5、6。
图2表示阴极结构，阴极3由主体部31和固相扩散接合于其前端的前端部32构成，该主体部31由钨构成。此处的固相扩散接合是指将金属彼此互相以面重合，以不到熔点的固相状态且不发生塑性变形的程度进行加热、加压，使接合部的原子扩散而固相接合。
上述前端部32在作为主要成分的钨中含有作为发射极物质的氧化钍（ThO2），即所谓敷钍钨（以下，也称为钍钨），氧化钍的含量例如为2wt%。
上述前端部32的形状和上述主体部31在整体上形成锥形，该前端面如图1所示与阳极4相对配置。
在构成该前端面32的钍钨中含有的氧化钍由于在点灯中变得高温而还原，变成钍原子扩散至外表面，并向温度较高的前端侧移动。由此，工作函数变小而电子放出特性变得良好。
所述固相接合机构的阴极的接合装置10如图3所示，接合装置10具有真空室11，并通过真空泵12维持内部的真空状态。该室11内设置有一对通电端子13、14，并与室11外的加热电源15连接。
通电端子13、14之间，构成主体部的纯钨部件16及构成前端部的敷钍钨部件17重合应接合面而配置。此时，作为接合部件的纯钨部件16和敷钍钨部件17通过由碳等导电性材料构成的隔离物18、19而被夹持于通电端子13、14。该隔离物18、19作为使接合后通电端子13、14与纯钨部件16、敷钍钨部件17的剥离变得容易的剥离部件发挥功能。
因此，被夹持于通电端子13、14之间的纯钨部件16和敷钍钨部件17通过上述导电端子13、14加压至预定压力，并且通过加热至预定温度而互相扩散接合。
在上述的接合装置中，表示接合工序条件的一个例子如下。
○加热温度：应接合的金属部件（钨）的熔点的绝对温度（K）的1/3以上的温度范围。具体来说，1900℃
○加压负荷：30MPa
○通电时间：200sec
通过以上的工序，构成主体部31的纯钨部件16和构成阴极3的前端部32的敷钍钨部件17在重合面上固相接合。
由此，固相接合的阴极结构的接合部的剖面图如图5所示，为了帮助理解接合前的剖面图如图4所示。
由钨构成的主体部31的接合面31a及由敷钍钨构成的前端部32的接合面32a通过切削加工和研磨加工成为平坦面。如图4所示接合前的状态中，在上述接合面31a、32a中，主体部31及前端部32中的钨结晶粒33、33在上述接合面31a、32a中成为平坦形状而露出。
如图3所示，该些接合面31a、32a相互抵接并加压、加热而固相接合。
由此，在固相接合的主体部31及前端部32的接合界面34中，如图5所示，几个结晶粒相互成长而接合，并跨越接合界面34而逐渐成长。
由此，在接合的主体部31和前端部32的接合界面34中，与结晶粒的界面彼此互相面对的状态下结合相比较，成为以跨越上述接合界面34的方式成长的结晶粒的状态，从而在该接合界面34的结合力变大，耐破损性能显著提升。
本发明人着眼于这样的接合界面34上跨越的结晶粒的存在，制作各种各样的样本，并测量其拉伸强度。在评价该拉伸强度时，规定了跨越上述接合界面存在的钨结晶粒沿接合界面34的方向所占据的比例。
即，在与阴极3的主体部31和前端部32的接合界面34相垂直的截面上，将沿该接合界面34的500μm以上的任意区域作为对象，当沿上述接合界面34的任意区域的长度为L0，跨越该接合界面34存在的钨结晶粒的沿该接合界面的长度的总和为L时，规定L/L0（以下，有时称为“接合率”）并制作各种各样的样本，测量该拉伸强度。
另外，使接合工序中的加热温度、加压负荷、加热时间变化而制作各种各样的样本。
由此，在接合的各种样本中，如图5所示，对于沿接合界面34的任意区域的长度L0，规定跨越接合界面34的结晶粒35a、35b、35c、35d、35e中的沿接合界面34的长度L1（结晶粒35a）、L2（结晶粒35b）、L3（结晶粒35c）、L4（结晶粒35c）、L5（结晶粒35d）、L6（结晶粒35e）的总和L（L1+L2+L3+L4+L5+L6）的比例L/L0。
另外，上述任意区域的长度为500μm以上，是作为能够充分覆盖钨结晶粒的大小的长度，并且根据区域的差异不发生测量的误差的长度。
在进行该测量时，如图6（A）、（B）所示，样本在垂直于接合界面的面被切断，研磨切断面，进而为了使得切断面上的结晶粒更清晰施加氢氧化钠和铁氰化钾的混合溶液并进行蚀刻处理。该蚀刻后，通过SEM观察接合界面附近。
并且，在接合界面附近，因为电子放射效率与钨不同的氧化钍在SEM照片上可辨别，所以能够辨别哪一侧是敷钍钨。
实验对象采用5种接合条件（温度、负荷、通电时间），并分别在同一条件下制作各三个接合样本，通过第1样本求接合率（L/L0），通过第2样本调查拉伸强度，通过第3样本调查有无因切削加工引起的破损。并且，在求接合率时，对在接合界面上的多个区域中所求出的值求平均数。
该结果如图7的表格及图8的图表所示。
接合率（L/L0）为0.13时，在拉伸实验中接合界面断裂，在切削加工实验中因加工时的冲击接合部件从接合界面断裂。但是，接合率为0.16以上的情况下，在拉伸实验中，断裂以接合界面以外的部分作为起点发生，断裂时的拉伸应力也超过200MPa，切削加工实验中也没有破损。
由此，清楚了在接合率（L/L0）≥0.16的范围内，能够得到与作为母材的钨同等的机械强度。
另外，虽然接合率的上限值并没有特别设置，可以说理论上为1（100%），但实际上在接合界面上全部结晶粒不都成为跨越该接合界面存在的粒子，发明人反复实验得到的上限值为0.96。
如上所述，根据本发明，在由钨构成的主体部和由敷钍钨构成的前端部固相接合而形成的阴极中，在与上述阴极的主体部和前端部的接合界面相垂直的截面上，在沿该接合界面500μm以上的任意区域内，当沿上述接合界面的任意区域的长度为L0，跨越该接合界面存在的钨结晶粒的沿该接合界面的长度的总和为L时，（L/L0）≥0.16，由此带来如下效果：能够使接合界面的机械强度足够大，得到与作为母材的钨同等的拉伸强度，从而能够防止因接合工序后的切削加工而从接合界面破损。
Claims (1)
1.一种短弧型放电灯，在发光管的内部相对配置有阴极和阳极，上述阴极是由钨构成的主体部和由敷钍钨构成的前端部固相接合而形成，上述短弧型放电灯的特征在于，
在与上述阴极的主体部和前端部的接合界面相垂直的截面上，在沿该接合界面500μm以上的任意区域内，当沿上述接合界面的任意区域的长度为L0、跨越该接合界面存在的钨结晶粒的沿该接合界面的长度的总和为L时，（L/L0）≥0.16。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131204 |