CN106887369B - 放电灯用电极的制造方法以及放电灯 - Google Patents

Abstract

放电灯用电极的制造方法以及放电灯。本发明的放电灯用电极的制造方法是利用固相接合来制造放电灯用电极的方法，在本方法中，使柱状的前端固体部件与柱状的主体固体部件经由彼此的接合面进行固相接合，其中，所述前端固体部件构成电极前端部的至少一部分，且含有发射体，所述主体固体部件至少构成电极主体部，且具有直径比前端固体部件的接合面大的接合面，针对通过固相接合而生成的电极材料，以形成锥状的电极前端部的方式实施切削加工。

Description

放电灯用电极的制造方法以及放电灯

本申请是申请日为2013年9月9日，申请号为201380048037.5，发明名称为“放电灯用电极的制造方法以及具有利用该制造方法制造出的放电灯用电极的放电灯”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及在曝光装置等中使用的放电灯，尤其是，涉及将多个部件接合而成的放电灯用电极的制造方法。

背景技术

在放电灯中，随着高输出化，使金属种类、晶体特性等不同的部件接合来形成电极。例如，将含有钍等发射体的金属部件作为电极前端部、将纯钨等高熔点金属部件作为主体部，使两个金属部件彼此接合。

作为接合方法，已知有作为固相接合之一的扩散接合。在扩散接合中，可以在接合面附近，以使晶体结构朝轴向倾斜或者不使金属晶粒沿着轴向变形的方式进行接合，从而能够抑制接合导致的电极性能的下降(参照专利文献1、2)。在此，按照规定的压力、加压时间、接合温度，进行放电等离子烧结接合(SPS接合)作为扩散接合。

在利用这样的扩散接合的电极成型中，利用切削加工来确定电极形状。例如，准备构成电极前端部的圆柱状钍钨(thoriated tungsten)部件和构成主体部的圆柱状钨部件。进而，使直径彼此相等的接触面彼此抵接，从部件两侧施加压力并进行通电加热。在扩散接合之后，将一体化的部件的前端部侧切削加工为圆锥状，从而得到电极形状(参照专利文献3)。

在使不同的金属材料进行固相接合来成型出电极的情况下，由于热膨胀率不同，因而在点亮时，有可能对接合面施加较大的力而使电极破损。为了防止该情况，已知有如下电极：在前端部以及主体部的接合面上设置环状的突起部分，使它们彼此啮合而进行扩散接合(参照专利文献4)。

另一方面，还已知有如下方法：通过调整电极侧面的面积比率，使灯的寿命延长(参照专利文献5)。在此，在将钍钨作为电极前端部分而与纯钨的主体部进行扩散接合的放电灯中，设为使钍钨部的侧面积与电极面积之比处于规定范围内的结构，使电弧放电稳定化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-249027号公报

专利文献2：日本特开2011-71091号公报

专利文献3：日本特开2012-15007号公报

专利文献4：日本特开2011-216442号公报

专利文献5：日本特开2011-154927号公报

发明内容

发明要解决的课题

在将电极主体部分设为包含钍钨等发射体的金属来构成电极的情况下，经由接合面来提供发射体。而且，接合面的尺寸、接合面的平滑度、固相接合时的接合条件、接合面形状这些与接合面相关的结构会影响到该电极的强度、传导性、热传导性这些电极性能。

例如，接合面的直径大小自身会给电极性能带来影响。以往，在固相接合时，没有考虑接合面的直径大小带来的影响，因此，电极性能会根据情况而降低。

此外，关于接合温度、接合时间、加压力，根据接合面的直径大小的不同，所要求的条件也不同。针对接合温度、接合时间、压力以及接合面的直径，如果没有考虑它们之间的相关性而直接设定，则不能得到期望的电极性能。

因此，在使多个部件进行固相接合来形成电极的情况下，需要将接合温度、接合时间、压力以及接合面的直径相互关联起来进行设定，从而设定为实现优异的电极性能的值。

另一方面，与钨部件的截面相比，钍钨部件的截面的平滑度较低。直径越大，该平滑度之差越显著。因此在接合面中，接合强度不均匀，不能得到稳定的接合强度。

此外，在利用通电加热来进行扩散接合的情况下，根据接合条件等，会产生电流容易流向表面侧的情况，从而接合面的周缘附近的接合强度大于中心部。因此，在进行扩散接合之后利用切削加工形成前端部分时，接合强度较大的表面附近部分被切削得较多，使得接合强度下降。

因此，需要使构成含有钍钨等发射体的前端部的部件和构成主体部的部件在接合强度稳定的状态下进行固相接合。

此外，关于发射体的移动，接合面的结构也会带来影响。灯点亮时发射体朝向电极前端部的前端面侧的移动基于从电极内部向表面扩散的晶界扩散、和沿着电极表面扩散的浓度扩散。晶界扩散在其移动方向上不具有指向性，因此，移动到了电极表面的发射体的分布变得不均匀。此外，在朝向沿着前端部的周向的表面移动后因表面浓度扩散而朝向电极前端部的前端面侧移动时，发射体的提供耗费时间。

扩散速度根据电极温度而不同，因此，朝电极前端部的前端面侧移动的发射体的提供量也不稳定，使得在电极前端部附近，发射体浓度产生偏差。其结果是，电弧放电的辉点容易移动到发射体的浓度高的部位，照明发生闪烁而变得不稳定。

因此，需要始终稳定地向电极前端部的前端面侧高效且提前地提供发射体，使得电极前端部中的发射体浓度均匀化。

用于解决问题的手段

本发明的放电灯用电极的制造方法的特征在于，使柱状的前端固体部件与柱状的主体固体部件经由彼此的接合面进行固相接合，其中，所述前端固体部件构成电极前端部的至少一部分，且含有发射体，所述主体固体部件至少构成电极主体部，且具有直径比前端固体部件的接合面大的接合面，针对通过固相接合而生成的电极材料，以形成锥状的电极前端部的方式实施切削加工。

例如，制造出阴极，将其作为电极在放电灯中使用。作为发射体，可以应用钍钨等，前端固体部件、主体固体部件的形状是任意的，此外，作为材质，可以应用金属材料或陶瓷材料等。此外，作为固相接合方法，可以应用各种扩散接合，尤其是，可以通过SPS接合进行固相接合。

在本发明中，前端固体部件的直径小于主体固体部件的直径。而且，通过在固相接合后进行切削加工，能够构成仅高效地将容易生成楔部分、且接合强度较弱的接合面端部去除后的电极。

例如，可以是，在进行切削工序时，在电极材料中，至少切削前端固体部件与主体固体部件的接合面周缘部分。尤其是，可以以如下方式进行切削加工：在电极材料中，将在前端固体部件的接合面周缘部分处形成的楔部分去除。此外，也可以以如下方式进行切削加工：在电极材料中仅保留前端固体部件的接合面中央部。

为了能够实现这样的切削加工，可以构成为：前端固体部件的接合面的直径与主体固体部件的接合面的直径之比满足0.05＜D1/D2＜1。

另一方面，本发明的其它方式的放电灯用电极的制造方法形成具有凸部或凹部(以下记作凸部/凹部)的前端部和具有与前端部的凸部/凹部嵌合的凹部/凸部的主体部，使前端部与主体部抵接，实施SPS接合，该制造方法的特征在于，在SPS接合中，使前端部与主体部局部地进行固相接合。

为了进行局部的固相接合，例如，对在使电极前端部与主体部的整个相对面进行固相接合的情况下设定的接合时间、烧结/接合温度、施加电压中的至少任意一项进行变更/抑制。由此，进行局部的固相接合，至少在凸部、凹部中产生没有固相接合的部分。该凸部、凹部形成有除了沿着与电极轴垂直的方向的面以外的相对的面。

利用这样的制造方法制造出的放电灯具有电极前端部和主体部，其中，所述电极前端部含有发射体且具有凸部或凹部，所述主体部具有与电极前端部的凸部或凹部嵌合的凹部或凸部。电极前端部具有作为电弧放电的辉点的前端面，构成圆锥形状等电极直径缩小部的至少一部分。主体部例如为柱状，也可以使其一部分构成电极前端部。

电极前端部例如可以由钍钨构成，主体部可以由纯钨等构成。凸部、凹部的形成部位是任意的，只要沿着电极轴向形成凹部、凸部，且沿着与电极轴垂直的方向以外的方向形成彼此相对的面即可。

此外，凸部、凹部只要为彼此嵌合的形状即可，可以设置1组凹部、凸部或多个凹部、凸部。其中，此处的嵌合表示其形状彼此匹配且相对面彼此大致接触那样的(不是以分子级而是以宏观级进行观察时)形状。例如，作为凸部/凹部的形状，可以形成为圆柱、三棱柱、四棱柱等柱状。

在本发明中，电极前端部与主体部局部地进行固相接合。在电极前端部与主体部的相对的多个面中，在电极前端部的凸部/凹部与主体部的凹部/凸部的彼此相对的表面的至少一部分中不进行固相接合。

由于在凸部、凹部中存在不进行固相接合的部分，因此，在灯点亮时，因晶界扩散而移动的钍成分在非固相接合部分处朝向与电极轴垂直的方向的移动受到限制。其结果是，沿着与电极轴垂直的方向移动的钍成分大多不会到达电极表面，更多的钍成分在早期就向电极前端部的前端面方向移动。

凸部、凹部的形成位置是任意的，例如，电极前端部的凸部/凹部与主体部的凹部/凸部可以与电极轴同轴地形成。在该情况下，能够使分散在整个电极前端部中的钍成分集中地向电极前端部的前端面侧移动。

考虑到钍成分的提供而不使凹部、凸部固相接合，而使除此以外的相对面彼此固相接合，由此，能够提高电极强度。即，电极前端部与主体部可以构成为在电极前端部的凸部/凹部与主体部的凹部/凸部之外的、沿着与电极轴垂直的方向而彼此相对的表面处进行固相接合。

在本发明其它方式的放电灯用的电极的制造方法中，形成多个固体部件，这多个固体部件包含具有电极前端面的前端侧固体部件和被电极支承棒支承的后端侧固体部件，且多个固体部件中的至少1个为金属部件，针对所述多个固体部件，使所述前端侧固体部件与所述后端侧固体部件之间进行固相接合，在接合面外径L(mm)处于2≤L≤60的范围时，以满足以下的条件式的方式进行固相接合：

3000≤Tt+P≤150093

(1200≤T≤2500、10≤P≤90、3≤t≤60)。

其中，L表示接合面外径(mm)，T表示接合温度(℃)，P表示在接合时所施加的加压力(MPa)，t表示在加压状态下保持金属部件的接合时间(min)。

或者，在本发明的其它方面的放电灯用电极的制造方法中，以满足以下的条件式的方式进行固相接合：

370.4/L≤(T+P)t/9.8L≤15857.1/L

2≤L≤60、1200≤T≤2500、10≤P≤90、3≤t≤60。

上述两个式子设定了能够充分维持接合强度的变量L、T、P、t的设定范围，它们是根据经验导出的，且是以变量彼此具有相关关系的方式设定的。

在独立研究各变量时，接合面外径L、接合温度T、加压力P、接合时间t满足以下的条件即可：

5≤L≤30、1500≤T≤2200、30≤P≤80、5≤t≤30。

作为多个固体部件，只要至少任意一个为金属部件即可。此外，只要在接合之前形成、成型出所述前端侧固体部件和与所述前端侧固体部件接合的所述后端侧固体部件即可。作为前端侧固体部件，只要准备含有钍的金属部件即可。此外，作为固相接合的方式，可以应用SPS接合。

发明效果

根据本发明，能够基于固相接合来制造具有优异的电极性能的电极。

附图说明

图1是示意性示出了作为第1实施方式的短弧式放电灯的俯视图。

图2是阳极的概略剖视图。

图3是示出了放电等离子烧结装置的图。

图4是示出了条件式(1)的图形的图。

图5是示出了条件式(2)的图形的图。

图6是作为第2实施方式的阴极的概略剖视图。

图7是示出了阴极的制造工序的图。

图8是作为第3实施方式的阴极的概略剖视图。

图9是前端部、主体部的接合前的概略俯视图。

图10是阴极的示意性俯视图。

图11是第4实施方式的阴极的概略俯视图。

图12是表示示出了表1所示的实施例、比较例的坐标位置以及条件式(1)的区域的图形的图。

图13是表示示出了各实施例、比较例的坐标位置以及条件式(2)的区域的图形的图。

图14是将图13一部分放大的图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。

图1是示意性示出了第1实施方式的短弧式放电灯的俯视图。

短弧式放电灯10是能够在形成图案的曝光装置(未图示)的光源等中使用的放电灯，具有透明的石英玻璃制的放电管(发光管)12。在放电管12中，阴极20和阳极30隔开规定间隔而相对配置。

在放电管12的两侧，石英玻璃制的密封管13A、13B以相对的方式与放电管12一体设置，密封管13A、13B的两端被灯头19A、19B封闭。放电灯10以阳极30处于上侧、阴极20处于下侧的方式沿着铅直方向配置。如后所述，阳极30由两个金属部件40、50构成。

在密封管13A、13B的内部，配设有支承金属性的阴极20、阳极30的导电性的电极支承棒17A、17B，电极支承棒17A、17B分别经由金属环(未图示)、钼等金属箔16A、16B与导电性的引线棒15A、15B连接。密封管13A、13B与设置在密封管13A、13B内的玻璃管(未图示)焊着在一起，由此，封入有水银和稀有气体的放电空间DS被密封。

引线棒15A、15B与外部的电源部(未图示)连接，经由引线棒15A、15B、金属箔16A、16B以及电极支承棒17A、17B在阴极20、阳极30之间施加电压。当向放电灯10提供电力时，在电极间产生电弧放电，放射水银的亮线(紫外光)。

图2是阳极的概略剖视图。

阳极30是使金属部件40、50接合而成的电极结构，金属部件40由圆锥台形状部分40A和圆柱状形状部分40B构成，圆锥台形状部分40A包含电极前端面40S，圆柱状形状部分40B具有与圆柱状的金属部件50相同的直径，与金属部件50接合。金属部件40由高熔点的纯钨等或以钨为主成分的合金构成。

另一方面，圆柱状金属部件50由含有热传导率比金属部件40高的金属(例如，可形成较大形状的纯钨、钍、钼、具有吸气效应的钽、热传导性高的氮化铝、碳材料等)的金属构成。

金属部件40、50通过放电等离子烧结(SPS)方式进行扩散接合。因此，在沿着与电极轴X垂直的方向形成的接合面S附近，形成有扩散层。

此处，只有对接合有贡献的接合面晶粒局部地变形，除此以外的接合面S附近的晶粒基本不会沿着与接合面垂直的方向(电极轴向)产生变形、二次再结晶化导致的粒子直径粗大化、晶界迁移。此外，沿着接合面的晶粒直径大致均匀，此外，接合面附近的沿着电极轴向的晶粒直径也大致均匀。

通过这样的夹着接合面S的扩散层的形成，使得热传导特性、导电性不会沿着接合面S产生偏差。在从因灯点亮而变为高温的电极前端面40S(1000℃以上)朝电极支承棒17B输送热的期间内，阳极内部的温度分布以电极轴X为中心呈对称性分布，热输送不受接合面S的影响。

此外，还可以以如下方式进行扩散接合：金属晶体的直径沿着接合面S大致均匀、且晶体结构沿着电极轴X倾斜化。由于倾斜化，晶体直径沿着电极轴X连续地或阶段性地变化。

金属部件40、50的形状也可以是图2以外的形状，也可以以在金属部件40、50之间夹设其它金属部件的方式进行固相接合。

图3是示出了放电等离子烧结装置的图。

放电等离子烧结法是如下的烧结方法：在压粉体或成型体的粒子间隙中直接接通脉冲状的电能，将因火花放电现象而瞬时产生的放电等离子的高温能量应用于热扩散、电场扩散等。

图3的放电等离子烧结装置60具有真空腔室65，在设置于真空腔室65内部的上部冲头80A、下部冲头80B以及石墨制模具80之间，在使具有图2所示的形状的金属部件40、50的接触面分别接触的状态下设置金属部件40、50。金属部件40、50预先利用切削等金属加工处理，被成型为接触面为相同尺寸。

石墨制的上部冲头80A、下部冲头80B分别与上部冲头电极70A、下部冲头电极70B连接。在将装置内设为真空环境之后，利用脉冲电源90，在上部冲头80A、下部冲头80B之间施加电压。

进而，在进行通电的同时利用加压机构(未图示)在上部冲头80A、下部冲头80B之间施加压力。利用通电而产生的放电等离子，瞬时升温到规定的温度，然后，在施加压力的状态下保持一定时间。由此，得到具有图2所示的形状的阳极。

接下来，使用图4、5，对电极制造时的接合条件进行说明。

如上所述，在对金属部件40、50进行SPS接合时，设定接合温度、加压力、接合/保持时间。这些参数的设定对电极性能影响较大。此外，这些参数与接合面的直径大小具有相关关系，为了求出最佳的条件，需要将接合面外径，接合温度、加压力、接合时间设定为适当的值。

在本实施方式中，求出各参数的适当的值，并导出表示参数间的相关关系的式子。以满足导出的条件式的方式设置参数，由此，无需启发式(Heuristic)地设定各参数，即可在一定程度上自动地得到电极性能优异的电极结构。

首先，将接合面外径L(mm)设定为满足2≤L≤60。在接合面外径L小于2mm的情况下，不能增大接合时的加压，在接合面以外局部地产生微小放电，接合不稳定。如果增大接合时的加压，则接合之前的金属材料容易发生破裂或变形。此外，还会发生钍的扩散，从而钍含有量减少、灯性能下降。另一方面，在接合面外径L大于60mm时，用于得到接合面的平滑度的加工处理变得烦杂，且钍使用量过多。

将接合时的接合温度T(℃)设定为满足1200≤T≤2500。在接合温度T大于2500℃的情况下，远远超过钍的熔点(约1800℃)，接合面附近的最上层中含有的钍的一部分发生熔融而蒸发。如果钍扩散到接合面，则接合强度下降。另一方面，在接合温度T小于1200℃的情况下，不能得到足够的接合强度。

将接合时的加压力P(MPa)设定为满足10≤P≤90。如果加压力P高于90MPa，则在进行接合时，金属部件容易发生破裂或变形。此外，需要使两个金属部件正对而同轴地进行加压，但在加压的方向上产生偏差，在接合面产生翘曲或凹陷，接合面附近的密度变得不均匀。另一方面，在加压力P小于10MPa的情况下，不能得到足够的接合强度。

而且，将作为接合时的金属部件保持时间的接合时间t(min)设定为满足3≤t≤60。在保持时间t长于60min时，生产率下降。另一方面，在保持时间t小于3min的情况下，不能得到足够的接合强度。

这样，针对SPS接合时的接合面外径L、温度T、加压力P、接合时间t，分别设定实现优异的电极性能的数值范围。不过，在这些参数之间具有相关关系，难以分开地改变各参数而决定出实现更优异的电极性能的参数组合。

因此，在本实施方式中，规定了两个条件式。分别对满足条件式的数值范围进行图形化，由此，使4个参数的范围可视化。

首先，将考虑了接合时的能量的1个条件式规定为如下这样。

3000≤Tt+P≤150093·····(1)

(2≤L≤60)

一边改变接合面外径L，一边以满足(1)式的下限值、上限值的方式设定接合温度T、加压力P、接合时间t。

图4是示出了条件式(1)的图形的图。如图4所示，通过定义横轴L、纵轴Tt+P的2维坐标系，将满足(1)式的范围图形化为区域S1。根据矩形区域S内的(L，Tt+P)坐标位置，接合强度发生变化。

此外，规定了将接合强度考虑在内的如下条件式。

370.4/L≤α/L≤15857.1/L·····(2)

(α＝(T+P)t/9.8、2≤L≤60)

图5是示出了条件式(2)的图形的图。如图5所示，通过定义横轴L、纵轴(T+P)t/(9.8L)的2维坐标系，将满足(2)式的范围图形化为区域S2。

通过这样将各参数的可设定范围图形化，即使在制造电极结构不同的、即接合面外径不同的电极的情况下，也能够容易地估计并设定用于获得同等优异的热传导性、强度的数值。

尤其是，通过在以下的范围内设定接合面外径L、接合温度T、加压力P、接合时间t，能够制造出具有更优异的电极性能的电极。

5≤L≤30、1500≤T≤2200、30≤P≤80、5≤t≤30

·····(3)

这样，根据本实施方式，使包含钍等成分的金属部件40与纯钨金属等金属部件50进行SPS接合而形成阳极。而且，在SPS接合时，在上述设定的容许范围内设定接合面外径L、接合温度T、加压力P、接合时间t，且将它们设定为满足(1)、(2)式。

也可以利用SPS接合以外的扩散接合方法来制造电极。例如，可以通过热压(HP)、热等静压处理(HIP)等在进行加压的同时进行烧结的扩散接合方式来制造电极。此外，还可以应用扩散接合方法以外的固相接合法(摩擦压接法、超声波接合法等)。

此外，关于阴极，可以使不同的金属部件进行固相接合。此外，也可以使一方为金属部件、使另一方为由其它材料构成的部件(陶瓷等)来进行固相接合。此外，还可以在部件之间夹设插入(インサート)部件来进行接合。

接下来，使用图6、7，对作为第2实施方式的放电灯进行说明。在第2实施方式中，通过使直径不同的部件进行固相接合，来成型出电极。

图6是作为第2实施方式的阴极的概略剖视图。

阴极120采用了使两个金属部件1110、1120接合、然后利用切削加工进行成型而得到的电极结构。金属部件1110构成前端部120A的一部分，金属部件1120构成柱状的主体部120B，并构成前端部120A的主体侧部分。

金属部件1110是由钍钨构成的金属部件，金属部件1120由热传导率比金属部件1110高的金属(此处为纯钨)构成，其中，钍钨是含有二氧化钍(ThO₂)的钨。

金属部件1110、1120通过放电等离子烧结(SPS(Spark Plasma Sintering))进行扩散接合。因此，在与电极轴E垂直的接合面S附近，形成有扩散层。金属晶体的直径沿着接合面S基本均匀。此外，关于电极轴E，除了接合面S附近以外，晶体直径大致均匀。通过这样的夹着接合面S的扩散层的形成，热传导特性、导电性沿着接合面S不具有偏差。

图7是示出了阴极的制造工序的图。使用图7，对SPS接合以及切削加工进行说明。此外，关于阳极，也可以同样地进行制造。

首先，分别成型出圆柱状的金属部件1110、1120。此时成型为：金属部件1110的直径D1小于金属部件1120的直径D2。此处，在3＜D1＜30、5＜D2＜60时(均为mm单位)，以满足0.05＜D1/D2＜1的方式设定直径D1、D2。以至少去除后述的楔部分的方式设定上限值。此外，下限值根据电极前端部的倾斜角度、接合条件等来设定。

与实施方式1同样地对所准备的金属部件1110、1120进行SPS接合处理。由此，得到电极材料1200。

进而，对所生成的电极材料1200实施切削加工。此处，以形成虚线K所示的圆锥状的电极前端面的方式，对金属部件1110、1120分别进行局部切削。针对金属部件1110，将接合面1110S的中央部1110T以外的部分削去，针对金属部件1120，将接合面1120S的周缘部削去。关于切削方法、切削器具等，可利用现有公知的方法、器具等来进行。

关于虚线K所示的切削面的位置、即形成电极外周面的位置，根据金属部件1110、金属部件1120的直径D1、D2的大小及其差异、电极外周面的倾斜角度、金属部件1110的厚度等进行设定。尤其是，要设定为：至少将金属部件1110的接合面周缘部1110T去除，而保留接合面中央部分1110C。

切削后的电极材料1200由圆锥状的金属部件1110和金属部件1120构成，从而成型出图6所示的由电极前端部120A、主体部120B构成的阴极120，其中，金属部件1120的一部分为圆锥台状，其它部分为圆柱状。

这样，根据本实施方式，利用SPS接合，接合具有由钍钨构成的电极前端部120A的放电灯用阴极120。在SPS接合工序中，经由接合面1110S、1120S，对圆柱状金属部件1110、圆柱状金属部件1120进行通电加热，使它们进行SPS接合，其中，圆柱状金属部件1110由钍钨构成，圆柱状金属部件1120为纯钨，且具有比金属部件1110的直径D1大的直径D2。然后，以虚线K所示的截面成为电极外周面的方式实施切削加工。

与纯钨的金属部件1120的接合面1120S相比，含有钍成分的金属部件1110的接合面1110S的平滑度较低。直径越大，其差别越显著。但是，由于比接合面1120的直径D2小的接合面1110A的直径D1相对较小，因此，在进行固相接合后，其影响不容易表现出来，能够抑制接合强度的下降。

此外，由于金属部件1110、1120的物理性质的不同，在接合面端部附近，沿着与电极轴垂直的方向产生局部未接合的微小的楔部分。在本实施方式中，通过切削金属部件1110的接合面周缘部1110T，能够去除在SPS接合时在接合面周缘部1110T处形成的楔。其结果是，能够抑制接合强度的下降。

尤其是，能够以只去除楔部分的方式尽可能地减少金属部件1110的切削部分，由此使金属部件1110的直径D1更加接近金属部件1120的直径D2。在SPS接合时，这可以增大加压力，增大接合强度。

另一方面，若在SPS接合时进行通电，则因接合条件等，有时与金属部件1110、1120的外周面附近的接合强度相比，接合面中央部分的接合强度较小。但是，由于金属部件1110的直径D1相对较小，因此，其影响较小。此外，对接合强度较大的金属部件1110的外周附近进行切削的范围较小。因此，与使直径彼此相等的接触面相互抵接的情况相比，中央部的接合强度变大。

在由钍钨构成的金属部件1110中，有时在其表面附近产生不存在二氧化钍的部分。但是，由于金属部件1110的表层部被SPS接合之后的切削加工去除，因此，能够防止二氧化钍欠缺导致的电弧放电的不稳定。此外，通过在SPS接合之后进行切削加工，由此，不会在接合面径向上产生阶梯差。其结果是，在灯点亮时，不会产生异常放电。

金属部件的直径的尺寸、电极前端面的倾斜角度、前端面截面形状是任意的，可以构成为：切削成不具有阶梯差的平坦外周面，形成锥形的电极前端部。此外，金属部件的材质、形状也是任意的，能够以在电极前端部中含有钍以外的发射体的方式构成固体部件，还可以利用金属部件以外的材质(陶瓷、碳等)构成主体部。此外，也可以使电极前端部构成为具有包含钍钨等发射体的部件和主体部分的固体部件这两者。

接下来，使用图8～10，对作为第3实施方式的放电灯进行说明。在第3实施方式中，在接合面中设置阶梯差，局部地进行固相接合。

图8是作为第3实施方式的阴极的概略剖视图。图9是前端部、主体部的接合前的概略俯视图。以下，对阴极的结构进行说明。

阴极220是使具有电极前端面220S的圆锥台状前端部220A与柱状主体部220B接合而成的结构。前端部220A是含有钍成分作为发射体的、由钍钨构成的金属，主体部220B由热传导率高的金属(此处为纯钨)或包含该金属的合金等构成。

前端部220A在其中央部与电极轴E同轴地设置有朝主体部侧突起的凸部223，主体部220B具有与该凸部223的形状吻合的凹部226。通过使该前端部220A、主体部220B进行固相接合，成型出阴极220。此处，使用了作为扩散接合之一的SPS接合。

如图9所示，前端部220A、主体部220B由多个端面构成，具有彼此相对的连接表面222、225。在前端部220A侧，形成有与电极轴E垂直的端面222A、222E以及凸部223的端面222C、和与电极轴E平行的端面222B、222D。在主体部220B侧，形成有与前端部220A的端面222A～222E分别相对的端面225A～225E。

在SPS接合处理工序中，使前端部220A的凸部223与主体部220B的凹部226嵌合并抵接，使其相反侧的表面分别与冲头(未图示)抵接。前端部220A的凸部223与主体部220B的凹部226在抵接为在端面222B～222D、225B～225D处均没有间隙的状态下进行嵌合，从而得到阴极220。

在放电灯用电极的制造工序中，与第1实施方式同样地进行SPS接合。调整SPS接合中的施加电压、加压力、接合温度、加压时间(保持时间)，使得前端部220A的凸部223与主体部220B的凹部226在端面222B～222D、225B～225D之间不进行固相接合(扩散接合)，而使位于其周围的环状端面222A、222E和环状端面225A、225E分别固相接合。

例如，在将阴极220的直径M(mm)设为5≤M≤30的情况下，将施加电压V、加压力P(Mpa)，烧结温度T(℃)，接合时间t(min)分别设定为5≤P≤30、1500≤T≤2200、5≤t≤30的范围来进行SPS接合，由此得到上述局部地固相接合的阴极220。

图10是阴极220的示意性俯视图。使用图10，对灯点亮中的钍成分的移动进行说明。

在变为灯点亮状态时，钍前端部220A内部的钍成分(具体而言为二氧化钍)因晶界扩散而朝表面移动。成分不超过彼此的端面地移动，由于凸部223的内部或凸部223的端面222D与主体部220B的凹部226只是简单地抵接，因此成分沿着表面移动。

该凸部223与凹部226没有固相接合而只是抵接，因此，钍成分大多朝电极前端面220S移动。即，沿着与电极轴E垂直的方向，钍成分的移动受到阻碍，与钍成分朝沿着前端部220A的周向的表面(圆锥面)的移动相比，钍成分朝向电极前端面220S的移动占支配地位。

其结果是，内部的钍成分以较短的总距离，迅速且早期地到达电极前端面220S。尤其是，由于凸部、凹部被设置在中央部，因此，分散在前端部220A内部的钍成分被均衡地提供到前端面220S，前端面220S附近的钍浓度较少受到时间经过的影响而变得稳定。

此外，与不设置凸部223的前端部形状相比，能够对凸部223储存更多的钍成分，因此，即使前端部温度因点亮条件而变高，也能够从温度相对较低的凸部223依次向前端侧提供足够的钍成分。

这样，根据本实施方式，放电灯的阴极220由以钍钨构成的前端部220A和以纯钨构成的主体部220B构成。使前端部220A的凸部223与主体部220B的凹部226嵌合来实施SPS接合。此时，不使凸部223与凹部226进行固相接合，而在除此以外的端面222A、225A以及222E、225E处进行固相接合。

凸部223、凹部226以尽量没有间隙的方式紧密接触，此外，在形成前端部220A、主体部220B时，也成型出端面的平滑度。不过，可以不使凸部223、凹部226的端面严格地平滑，还可以具有局部地形成有微小空隙的程度的表面粗糙度。此外，也可以是，使凸部223、凹部226局部地进行固相接合，只要存在在至少一部分端面或在任意一个端面的一部分中不进行固相接合的状态即可。

接下来，使用图11，对作为第4实施方式的放电灯进行说明。在第4实施方式中，以相反的方式形成凹凸形状。除此以外的结构与第3实施方式相同。

图11是第4实施方式的放电灯的阴极的概略俯视图。

阴极2120由前端部2120A和主体部2120B构成，前端部2120A具有凹部2123，主体部2120B具有凸部2126。在前端部2120A和主体部2120B中，彼此相对的端面2122A、2125A和端面2122E、2125E进行固相接合，另一方面，凹部2123、凸部2126不进行固相接合，而是彼此嵌合地抵接。

根据这样的结构，在灯点亮时，前端部2120A内部的钍成分在朝凹部2123的表面2122B、2122D移动时，朝前端面2120S的方向移动。由此，钍成分被高效地提供到前端面2120S。

此外，前端部2120A为具有凹部2123的结构，因此，热容易传导到前端面2120S。因此，即使在前端部2120A的温度较低的点亮条件下，也能够稳定地提供钍成分。

以下，对本发明的实施例进行说明。此处，为了研究条件式(1)、(2)，制造出多个实施例和比较例的阳极而进行了试验。

实施例

实施例1的放电灯对应于实施方式1的放电灯。关于条件式(1)，利用SPS接合，制造出前端部为钍钨(thoriated tungsten)部件、主体部为纯钨部件的阳极。此时，分别改变接合面外径L、接合温度T、加压力P、接合时间t，制造出了实施例1～3、比较例1～3的阳极。然后，对制造出的各阳极进行拉伸试验。表1示出实验结果。

[表1]

实施例1、比较例1是以不存在插入部件的方式使钍钨部件和纯钨部件进行SPS接合而制造出的电极。实施例2、比较例2是夹设有钽(Ta)部件作为插入部件来进行SPS接合而得到的电极。实施例3、比较例3是夹设有铼(Re)部件作为插入部件来进行SPS接合而得到的电极。

在拉伸试验中，利用材料试验机的夹具把持电极两端，以10mm/min的速度进行拉伸，测定出断裂时的力。

图12是表示示出了表1所示的实施例、比较例的坐标位置以及条件式(1)的区域的图形的图。

如图12所示，本实施例1～3包含在区域S1中，此外，根据表1可知，拉伸强度非常大。与此相对，比较例1～3不属于区域S1，拉伸强度较小。由于接合能量过剩，因而在拉伸试验中电极发生了变形。此外，观察到了钍扩散。

这样，通过在区域S1的范围内设定接合面外径L、接合温度T、加压力P、接合时间t，可得到优异的电极性能。

接下来，关于条件式(2)，利用SPS接合，制造出前端部为钍钨部件、主体部为纯钨部件的电极。此时，改变接合面外径L、接合温度T、加压力P、接合时间t，制造出了实施例5～8、11～15、比较例1～4、9～10的阳极。然后，对制造出的阳极进行拉伸试验。表2示出实验结果。不过，与表1不同的是，此处，根据制造和试验顺序，对实施例和比较例分配了编号。

[表2]

图13是表示示出了各实施例、比较例的坐标位置以及条件式(2)的区域的图形的图。图14是将图13的一部分放大的图。

在图13、14中参照表2的实施例的编号、比较例的编号可知，所有比较例均位于区域S2的范围外。此外，根据表2可知，在比较例中，观察到钍扩散、接合强度不足或电极变形。另一方面，在所有实施例中，接合强度较大，且得到了优异的电极性能。

在上述实施例中，是对钍钨前端部和钨主体部进行接合的结构，但通过除此以外的金属固体部件彼此的SPS接合，也能够得到相同的结果。

关于本发明，在不脱离由所附权利要求书定义的本发明的意图以及范围的情况下，可进行各种变更、置换、替代。此外，本发明不旨在限定于说明书所记载的特定实施方式的处理、装置、制造、结构物、手段、方法以及步骤。只要是本领域技术人员，则应意识到，根据本发明的公开，可导出实质地起到与此处所记载的实施方式发挥的功能相同的功能或实质发挥同等作用和效果的装置、手段、方法。因此，应意识到，所附权利要求书包含在那样的装置、手段、方法的范围中。

本申请是以日本申请(日本特愿2012-208372号，2012年9月21日申请；日本特愿2012-212807号，2012年9月26日申请；日本特愿2012-214630号，2012年9月27日申请)为基础申请而请求优先权的申请，以参照的方式，将包含基础申请的说明书、附图以及权利要求在内的公开内容组合到本申请整体中。

标号说明

10 放电灯

12 放电管

30 阳极

40 金属部件(前端侧固体部件)

50 金属部件(后端侧固体部件)

S 接合面

Claims (3)

1.一种放电灯用电极的制造方法，形成具有凸部/凹部的前端部和具有与所述前端部的凸部/凹部嵌合的凹部/凸部的主体部，使所述前端部与所述主体部抵接，来实施SPS接合，所述制造方法的特征在于，

在SPS接合中，使所述前端部与所述主体部局部地进行固相接合，

所述前端部的凸部/凹部和所述主体部的凹部/凸部之外的、沿着与电极轴垂直的方向而彼此相对的表面抵接并固相接合，

使所述前端部的凸部/凹部与所述主体部的凹部/凸部的彼此相对的表面的至少一部分不进行固相接合。

2.根据权利要求1所述的放电灯用电极的制造方法，其特征在于，

在将所述放电灯用电极的直径M设为5≤M≤30的情况下，以满足以下的条件的方式进行SPS接合：

30≤P≤80、1500≤T≤2200、5≤t≤30，

其中，直径M的单位是mm，P表示在接合时所施加的加压力，其单位是Mpa，T表示接合温度，其单位是℃，t表示在加压状态下保持金属部件的接合时间，其单位是min。

3.一种放电灯，其具有利用权利要求1～2中的任意一项所述的放电灯用电极的制造方法制造出的放电灯用电极。