JP5825316B2 - ショートアーク型放電ランプ - Google Patents

Description

本発明は、ショートアーク型放電ランプに関する。

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。）においては、その陰極にエミッタ物質が含有されている。陰極に含有されるエミッタ物質としては、一般に、トリウム化合物が用いられている（特許文献１参照）。しかしながら、トリウムは放射性元素であることから、トリウム化合物の管理や取り扱いに十分な配慮が必要とされる。
このような事情から、最近においては、エミッタ物質として、酸化ランタン（Ｌａ₂ Ｏ₃ ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂ ）などの非放射性の希少金属化合物やバリウム化合物が含有されてなる陰極が提案されている（特許文献２参照。）。

しかしながら、エミッタ物質として希少金属化合物やバリウム化合物が含有されてなる陰極を用いた場合には、以下のような問題がある。
放電ランプの陰極において、電子放射特性に寄与するエミッタ物質は当該陰極の先端に存在するものだけである。ここで、陰極の先端に存在するエミッタ物質は、点灯時に陰極先端が加熱されることによって蒸発するが、陰極の後端から先端に向かってエミッタ物質が移動することによって、当該陰極の先端にはエミッタ物質が補給される。
然るに、希少金属化合物やバリウム化合物よりなるエミッタ物質は、トリウム化合物よりなるエミッタ物質に比べて、放電ランプの点灯時において蒸発しやすい。そして、陰極先端においてエミッタ物質が蒸発する速度が、陰極の後端から先端に向かってエミッタが移動する速度より大きいと、陰極先端においてエミッタ物質が早期に枯渇する。このため、陰極に含有されるエミッタ物質としてトリウム化合物以外のものを使用した放電ランプにおいては、点灯状態が早期に不安定になる、という問題がある。特に、１ｋＷ以上の高入力の放電ランプにおいては、希少金属化合物やバリウム化合物の蒸発が著しく、点灯状態が早期に不安定になるという現象が顕著に生じてしまう。

特開平１１−９６９６５号公報 特開２００５−５１９４３５号公報

そこで、本発明者らは、陰極の内部に希少金属化合物やバリウム化合物よりなるエミッタ物質を高濃度で含有したエミッタ材が配置された形態の陰極を作製した。エミッタ材を陰極の内部に配置するためには、陰極本体内に凹部を形成する必要がある。そのため、陰極本体を切削するなどして、凹部を形成し、当該凹部にエミッタ材を配置した後、切削面を接合することとなる。このような接合処理においては、接合面同士を気密に接合することが難しく、接合面同士の間に僅かな間隙が形成されてしまう。このようにして作製された放電ランプを点灯させると、エミッタ物質は、蒸気圧が高いものであるために蒸発しやすいので、接合面同士の僅かな隙間から、液体や蒸気となって外部へ噴出する、という問題が生じた。

本発明の目的は、トリウム化合物以外のエミッタ物質を含有してなる陰極において、エミッタ物質が外部へ噴出せず、長期間にわたって安定した点灯状態が達成されるショートアーク型放電ランプを提供することにある。

本発明のショートアーク型放電ランプは、発光管の内部に陰極と陽極とが互いに対向して配置されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、
前記陰極は、タングステン部材の複数が接合材を介して接合された接合体により形成されてなり、
前記陰極内部には、前記タングステン部材によって取り囲まれた密閉空間を有し、
前記密閉空間内に、トリウムを含まないエミッタ物質を含有するエミッタ材が配置されていることを特徴とする。

本発明のショートアーク型放電ランプにおいては、前記タングステン部材の複数は、本体部材と芯棒部材とを含み、
前記本体部材は、軸方向に沿って伸びる、陰極後端側において開口を有する第１凹部と、この第１凹部と連続して軸方向に沿って伸びる前記第１凹部の内径より小さい内径を有する第２凹部とを有し、
前記本体部材における前記第１凹部の環状の底面と、前記芯棒部材の先端面とが前記接合材を介して接合されている構成とすることができる。

本発明のショートアーク型放電ランプにおいては、前記タングステン部材の複数は、胴体部材と先端部材とを含み、
前記胴体部材は、陰極先端側において開口を有する、軸方向に沿って伸びる凹部を有し、
前記胴体部材の環状の先端面と前記先端部材の後端面とが前記接合材を介して接合されている構成とすることができる。

本発明のショートアーク型放電ランプにおいては、前記接合材は、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、レニウム（Ｒｅ）およびこれらの合金から選ばれるものであることが好ましい。

本発明のショートアーク型放電ランプにおいては、陰極が、タングステン部材の複数が接合材を介して接合された接合体により形成されている。そのため、接合面同士が気密に接合されている。そして、このタングステン部材によって取り囲まれた密閉空間内にエミッタ材が配置されている。従って、トリウム化合物以外のエミッタ物質を含有してなる陰極でありながら、放電ランプの点灯時においても、接合面からエミッタ物質が外部へ噴出することがない。以上のことから、本発明のショートアーク型放電ランプによれば、長期間にわたって安定した点灯状態が達成される。

本発明のショートアーク型放電ランプの一例における構成を、発光管の一部を破断して示す説明図である。 図１に示すショートアーク型放電ランプにおける陰極の構成を示す説明用断面図である。 本発明に係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。

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、本発明のショートアーク型放電ランプの一例における構成を、発光管の一部を破断して示す説明図である。
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。

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。

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。

陽極２０は、例えばタングステンによって構成されている。この例の陽極２０は、本体部材２１と、この本体部材２１の後端部に接合された芯棒部材２４とにより構成されている。本体部材２１は、発光管１０の軸方向に沿って伸びる円柱状の中央部２１ａと、この中央部２１ａの先端に連続して形成された円錐台状の先端部２１ｂと、当該中央部２１ａの後端に連続して形成された円錐台状の後端部２１ｃとによって構成されている。

陽極２０における芯棒部材２４は、発光管１０の軸方向に沿って一方の封止部１２から放電空間Ｓ内に伸びるよう配置されている。また、芯棒部材２４は、その基端部が一方の封止部１２に埋設されることによって当該一方の封止部１２に支持されている。この芯棒部材２４の先端部には、本体部材２１が保持されている。

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、芯棒部材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。

この例の陰極３０は、後述するように、本体部材３１と、この本体部材３１の後端部に接合された芯棒部材３４とを備えている。
陰極３０における芯棒部材３４は、発光管１０の軸方向に沿って他方の封止部１３から放電空間Ｓ内に伸びるよう配置されている。また、芯棒部材３４は、その基端部が他方の封止部１３に埋設されることによって当該他方の封止部１３に支持されている。この芯棒部材３４の先端部には、本体部材３１が保持されている。

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、芯棒部材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。

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。

図２は、図１に示す放電ランプにおける陰極３０の構成を示す説明用断面図である。この陰極３０は、タングステン部材の複数、具体的には本体部材３１と芯棒部材３４とが接合材３６を介して接合された接合体と、このタングステン部材によって取り囲まれた密閉空間Ｍ内に配置されたエミッタ材３３とにより構成されている。
本発明において、タングステン部材とは、少なくともタングステンを含有する材料よりなるものであって、陰極を形成する接合体の構成部材をいう。タングステン部材には、後述するように、接合体の部位に応じて、エミッタ物質や他の成分が含有されていてもよい。

この例の本体部材３１は、全体が略円柱状の形状を有し、その先端部が先端に向かって小径となる円錐台状に形成されている。
本体部材３１は、軸方向に沿って伸びる、陰極後端側（図２における右端側）において開口を有する円柱状の第１凹部３５１と、この第１凹部３５１と連続して軸方向に沿って伸びる、第１凹部３５１の内径より小さい内径を有する円柱状の第２凹部３５２とを有している。これらの凹部（３５１，３５２）は、当該凹部の中心軸と本体部材３１の中心軸とが一致した状態で形成されている。第１凹部３５１の底面３５１ａは、円環状の形状を有している。第１凹部３５１の底面３５１ａおよび第２凹部３５２の底面は、それぞれ平坦面とされている。
第１凹部３５１には、芯棒部材３４の先端部（小径部３４ａ）が挿入されていると共に、第２凹部３５２には、エミッタ材３３が配置されている。

本体部材３１に係るタングステン部材は、少なくともタングステンを含有し、トリウムを含まないエミッタ物質を含有していてもよい。このタングステン部材におけるエミッタ物質の濃度は、例えば０．１〜３．０ｗｔ％である。
この例の本体部材３１は、酸化ランタンおよび酸化ジルコニウムがドープされたタングステンよりなるタングステン部材によって構成されている。この場合、酸化ジルコニウムは粒子成長抑制剤として機能する。

ここで、本発明に係る陰極においては、少なくとも陰極先端部分にエミッタ物質が含有されており、さらに、当該エミッタ物質を含有した先端部分と密閉空間内のエミッタ材とが接触している構成であることが必須である。特に、エミッタ材が、エミッタ物質を含有した先端部分と密着していることが好ましい。

この例の芯棒部材３４は、全体が略円柱状の形状を有している。具体的には、芯棒部材３４は、第１凹部３５１の内径に適合する外径を有する円柱状の小径部３４ａと、この小径部３４ａに連続して形成される、第１凹部３５１の内径より大きい外径を有する円柱状の大径部３４ｂとにより構成されている。小径部３４ａの先端面は平坦面とされている。
この例の芯棒部材３４は、タングステンよりなるタングステン部材によって構成されている。

この例の接合材３６は、第１凹部３５１の円環状の底面３５１ａと芯棒部材３４の小径部３４ａの先端面との間に配置されている。
この例の接合材３６は、第１凹部３５１の内径に適合した外径を有すると共に、第２凹部３５２の内径（開口径）に適合した貫通孔を有する円環状の形状を有している。また、この例の接合材３６においては、貫通孔を有しない円盤状のものであってもよい。

接合材３６は、高融点金属材料により構成されている。具体的には、接合材３６は、タングステン部材、すなわちこの例における本体部材３１および芯棒部材３４の融点より低い融点を有し、かつ、放電ランプ点灯時の本体部材３１および芯棒部材３４の温度より高い融点を有する金属材料により構成されている。また、接合材３６は、接合部、この例においては、第１凹部３５１の底面３５１ａと芯棒部材３４（小径部３４ａ）の先端面との間において、少なくとも接合界面に合金を形成することとなる。このため、当該合金も、放電ランプ点灯時の本体部材３１および芯棒部材３４の温度より高い温度で合金相を生じる組み合わせであることが必要である。そして、接合部の気密性を確保するために、放電ランプ点灯時に、当該接合部の合金が溶融して、接合面が剥離するなどの現象を避ける必要がある。このため、放電ランプ点灯時に、接合部の合金が液相を生じないものであることが必要である。なお、接合部の温度は最大で２０００〜２５００℃程度と推定される。
また、接合材３６としては、発光部１１内の封入物と反応しないものから選択される。具体的には、封入物が希ガスである場合には、反応は起きないが、水銀やメタルハライドである場合には、水銀との合金化やハライドとの反応を起こす可能性がある。
さらに、接合材３６は、シール部材として使用するため、延性を有することが好ましい。特に、抵抗溶接により接合する場合には、加圧した上で通電するため、加圧時にクラックが生じないものが好ましい。
以上のことから、接合材３６としては、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、レニウム（Ｒｅ）またはこれらの合金から選ばれることが好ましい。
なお、この例の接合材３６は、円環状の金属シート（金属箔）であるが、接合材３６としては、金属粉末の成型体を用いることもできる。

エミッタ材３３は、密閉空間Ｍの形状に適合する形状を有し、この例においては、円柱状の形状を有している。
このエミッタ材３３においては、その先端面（図２における左端面）が本体部材３１の第２凹部３５２の底面に密着している。

エミッタ材３３は、トリウムを含まない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。
エミッタ材３３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。
エミッタ材３３中に含有されるエミッタ物質としては、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ガドリニウム、酸化サマリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジムあるいは酸化ハフニウムなどの希少金属化合物を用いることができる。
この例のエミッタ材３３は、酸化セリウム（ＣｅＯ₂ ）とタングステン（Ｗ）との焼結体（ＣｅＯ₂ とＷとの質量比が１：１）により構成されている。

エミッタ材３３におけるエミッタ物質の濃度は、１０〜８０ｗｔ％であることが好ましく、より好ましくは２０〜５０ｗｔ％である。エミッタ材３３におけるエミッタ物質の濃度が過小である場合には、陰極３０の先端に十分な量のエミッタを供給することが困難となることがある。その結果、放電ランプの点灯状態が早期に不安定になりやすい。一方、エミッタ材３３におけるエミッタ物質の濃度が過大である場合には、エミッタ材３３におけるタングステンの割合が低いため、酸化物の還元による生成物が減少してしまう。その結果、陰極３０の寿命が短くなりやすい。

この陰極３０においては、本体部材３１および芯棒部材３４からなるタングステン部材が接合材３６を介して気密に接合されることにより接合体が形成され、当該接合体によって、第２凹部３５２に由来する内部空間が形成されている。そして、当該内部空間が密閉状態とされている。

このような陰極３０は、例えば以下のようにして製造することができる。
先ず、タングステン部材、接合材３６およびエミッタ材３３をそれぞれ別個に製造する。具体的には、本体部材用金属体に対して、後端側に連続する２つの凹部が形成されるよう切削加工すると共に、先端部をテーパ状に切削加工する。また、芯棒部材用金属体に対して、所要の形態となるように切削加工する。以上により、２つのタングステン部材（本体部材３１，芯棒部材３４）が作製される。接合材３６は、所要の形態となるように成形加工されている。エミッタ材３３は、以下のようにして製造することができる。先ず、例えばタングステンなどの高融点金属材料よりなる粉末とエミッタ物質よりなる粉末との混合物（質量比１：１）にステアリン酸などのバインダを添加することにより、エミッタ材用材料を調製する。次いで、エミッタ材用材料を加圧プレス等によって成型する。得られた成型体を、水素ガス雰囲気下において、例えば処理温度が１０００℃で処理時間が１時間の条件で加熱することにより、当該成型体に対して脱脂・仮焼結処理を行う。そして、脱脂・仮焼結処理された成型体に対して、減圧下において、処理温度が例えば１６００〜２０００℃、好ましくは１７００〜１９００℃、処理時間が例えば１時間の条件で、本焼結処理を行うことにより、エミッタ物質を含むタングステン焼結体よりなるエミッタ材３３が得られる。

次いで、タングステン部材による接合体を形成するための接合処理を行う。本発明において、タングステン部材と接合材との接合方法としては、特に限定されないが抵抗溶接法などが挙げられる。具体的には、本体部材３１の第２凹部３５２にエミッタ材３３を配置し、第１凹部３５１の底面３５１ａに円環状の接合材３６を配置する。そして、第１凹部３５１に芯棒部材３４の小径部３４ａを挿入し、第１凹部３５１の底面３５１ａと芯棒部材３４の先端面との間に接合材３６を挟持させる。その後、本体部材３１と芯棒部材３４との間を、抵抗溶接することにより、接合材３６を加熱、溶融させる。この溶融された接合材３６が、第１凹部３５１の底面３５１ａと芯棒部材３４の先端面との間の間隙に充填され、融着されることにより、気密に封止される。これにより、第２凹部３５２の開口が接合材３６を介して芯棒部材３４によって塞がれることによって、第２凹部３５２が密閉され、密閉空間Ｍが形成される。以上により、陰極前駆体が形成される。このとき、溶接処理は、減圧下または不活性ガス雰囲気下で行うが、Ａｒガス雰囲気下で行うことが好ましい。
その後、陰極前駆体に対して、例えば処理温度が２０００〜２４００℃で、処理時間が１時間の条件で真空熱処理を行う。これにより、目的とする陰極３０が得られる。

上記の陰極３０の具体的な寸法の一例を挙げると、以下の通りである。
本体部材３１は、予め陰極先端に向かって小径となる円錐台状に切削加工を施されており、最大外径が１２ｍｍ、軸方向の長さが２１ｍｍ、先端面の外径が０．７ｍｍである。第１凹部３５１は、内径が５．０ｍｍ、軸方向の長さが１１ｍｍである。第１凹部３５１の底面３５１ａは、外径が５．０ｍｍ、内径が３．０ｍｍである。第２凹部３５２は、内径が３．０ｍｍである。エミッタ材３３は、外径が２．５ｍｍ、軸方向の長さが５．０ｍｍである。芯棒部材３４は、全長が１５５ｍｍ、小径部３４ａの外径が４．９ｍｍ、大径部３４ｂの外径が６．０ｍｍである。接合材３６は、外径が４．９５ｍｍ、内径（貫通孔の孔径）が３．１ｍｍ、厚さが２０μｍ（最大４０μｍ）である。

以上の陰極３０は、本体部材３１と芯棒部材３４とが接合材３６を介して接合された接合体により形成されている。そのため、接合面同士が気密に接合されている。そして、本体部材３１および芯棒部材３４によって取り囲まれた密閉空間Ｍ内にエミッタ材３３が配置されている。従って、トリウム化合物以外のエミッタ物質を含有してなる陰極３０でありながら、放電ランプの点灯時においても、接合面からエミッタ物質が外部へ噴出することがない。以上のことから、このような陰極３０を備えた放電ランプによれば、長期間にわたって安定した点灯状態が達成される。

図３は、本発明に係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４０は、タングステン部材の複数、具体的には胴体部材４１と先端部材４２とが接合材４６を介して接合された接合体と、このタングステン部材によって取り囲まれた密閉空間Ｍ内に配置されたエミッタ材４３と、胴体部材４１の後端部に接合された芯棒部材４４とにより構成されている。

この例の胴体部材４１は、全体が略円柱状の形状を有し、その先端部が先端に向かって小径となる円錐台状に形成されている。胴体部材４１の先端面は、円環状の形状を有し、平坦面とされている。
この例の胴体部材４１は、酸化ジルコニウムがドープされたタングステンよりなるタングステン部材によって構成されている。なお、この例の陰極４０においては、胴体部材４１と先端部材４２とが別体であることから、胴体部材４１と先端部材４２とを異なる材料によって構成することができる。そのため、この例の胴体部材４１に係るタングステン部材においては、エミッタ物質が含有されていなくてもよい。

胴体部材４１は、軸方向に沿って伸びる、陰極先端側（図３における左端側）において開口を有する円柱状の凹部４５を有している。この凹部４５は、当該凹部４５の中心軸と胴体部材４１の中心軸が一致した状態で形成されている。
凹部４５には、エミッタ材４３が配置されている。

また、胴体部材４１には、軸方向に沿って伸びる、陰極後端側（図３における右端側）において開口を有する略円柱状の芯棒部材用凹部４７が形成されている。この芯棒部材用凹部４７には、芯棒部材４４の先端部（小径部４４ａ）が挿入され接合されている。

この例の先端部材４２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。先端部材４２の後端面は平坦面とされている。

先端部材４２に係るタングステン部材は、少なくともタングステンを含有し、さらに、トリウムを含まないエミッタ物質を含有している。タングステン部材におけるエミッタ物質の濃度は、０．１〜５．０ｗｔ％であることが好ましく、より好ましくは０．５〜２．５ｗｔ％である。
この例の先端部材４２は、タングステン、酸化ランタンおよび酸化ジルコニウムよりなるタングステン部材によって構成されている。この場合、酸化ジルコニウムは粒子成長抑制剤として機能する。

この例の接合材４６は、胴体部材４１の円環状の先端面と先端部材４２の後端面との間に配置されている。
この例の接合材４６は、胴体部材４１の先端面の外径に適合した外径を有すると共に、凹部４５の内径（開口径）に適合した貫通孔を有する円環状の形状を有している。このように、接合材４６に貫通孔が形成されていることにより、密閉空間Ｍ内に配置されたエミッタ材４３が、先端部材４２の後端面と接触される構成とされている。

この陰極４０においては、胴体部材４１および先端部材４２からなるタングステン部材が接合材４６を介して気密に接合されることにより接合体が形成され、当該接合体によって、凹部４５に由来する内部空間が形成されている。そして、当該内部空間が密閉状態とされている。

図３に示す陰極４０におけるその他の構成は、図２に示す陰極３０と同様である。

図３に示す陰極４０は、例えば以下のようにして製造することができる。
先ず、胴体部材用金属体、先端部材用金属体、芯棒部材４４、接合材用金属シートおよびエミッタ材４３をそれぞれ別個に製造する。胴体部材用金属体に対しては、先端側および後端側にそれぞれ凹部（４５，４７）が形成されるよう切削加工されている。エミッタ材４３は、上述した方法と同様に製造することができる。

次いで、タングステン部材による接合体を形成するための接合処理を行う。具体的には、胴体部材用金属体の先端側の凹部４５にエミッタ材４３を配置し、胴体部材用金属体の先端面と先端部材用金属体の後端面との間に接合材用金属シートを挟持させる。なお、接合時点で、先端部材用金属体は円柱状であり、接合材用金属シートは円環状である。そして、胴体部材用金属体と先端部材用金属体との間を、抵抗溶接することにより、接合材用金属シートを加熱、溶融させる。この溶融された接合材用金属シートが、胴体部材用金属体の先端面と先端部材用金属体の後端面との間の間隙に充填され、融着されることにより、気密に封止される。これにより、凹部４５の開口が先端部材用金属体によって塞がれることによって、凹部４５が密閉され、密閉空間Ｍが形成される。このとき、溶接処理は、減圧下または不活性ガス雰囲気下で行うが、Ａｒガス雰囲気下で行うことが好ましい。
そして、接合された先端部材用金属体および胴体部材用金属体に対して、先端がテーパ状となるように切削加工を施すことにより、陰極前駆体を形成する。次いで、この陰極前駆体に対して、例えば処理温度が１５００〜２４００℃で、処理時間が１時間の条件で真空熱処理を行う。その後、陰極前駆体における胴体部材用金属体の後端側の凹部４７に芯棒部材４４の小径部４４ａを挿入して接合する。胴体部材用金属体と芯棒部材との接合方法としては、例えばスポット溶接法、拡散溶接法、圧入法などが挙げられる。これにより、目的とする陰極４０が得られる。

上記の陰極４０の具体的な寸法の一例を挙げると、以下の通りである。
胴体部材４１は、最大外径が１２ｍｍ、軸方向の長さが１８ｍｍ、先端面の内径（凹部４５の開口径）が３．０ｍｍである。凹部４５は、内径が３．０ｍｍである。芯棒部材用凹部４７は、内径が３．８ｍｍ、軸方向の長さが８．５ｍｍである。先端部材４２は、切削後の先端面の外径が０．７ｍｍ、軸方向の長さが３．０ｍｍである。エミッタ材４３は、外径が２．５ｍｍ、軸方向の長さが５．０ｍｍである。芯棒部材４４は、全長が１５５ｍｍ、小径部４４ａの外径が３．７５ｍｍ、大径部４４ｂの外径が６．０ｍｍである。切削前の接合材４６（接合材用金属シート）は、外径が１２ｍｍ、内径（貫通孔の孔径）が３．４ｍｍ、厚さが２０μｍ（最大４０μｍ）である。

以上の陰極４０は、胴体部材４１と先端部材４２とが接合材４６を介して接合された接合体により形成されている。そのため、接合面同士が気密に接合されている。そして、胴体部材４１および先端部材４２によって取り囲まれた密閉空間Ｍ内にエミッタ材４３が配置されている。従って、トリウム化合物以外のエミッタ物質を含有してなる陰極４０でありながら、放電ランプの点灯時においても、接合面からエミッタ物質が外部へ噴出することがない。以上のことから、このような陰極４０を備えた放電ランプによれば、長期間にわたって安定した点灯状態が達成される。

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。
本発明においては、陰極が、タングステン部材の複数が接合材を介して気密に接合されることにより、接合体が形成され、当該接合体によって内部空間が形成され、当該内部空間が密閉状態である構成であればよく、タングステン部材の形状や数などは特に限定されない。

〈実施例１〉
図２に示す構成に従い、下記の仕様の陰極〔１〕を作製した。
本体部材：材質＝酸化ランタン（Ｌａ₂ Ｏ₃ ）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂ ）がドープされたタングステン（Ｌａ₂ Ｏ₃ の濃度が２．５ｗｔ％、ＺｒＯ₂ の濃度が０．１ｗｔ％），最大外径＝１２ｍｍ，軸方向の長さ＝２１ｍｍ
第１凹部の内径＝５．０ｍｍ，軸方向の長さ＝１１ｍｍ，底面の外径＝５．０ｍｍ，底面の内径＝３．０ｍｍ
第２凹部の内径＝３．０ｍｍ
エミッタ材：材質＝酸化セリウム（ＣｅＯ₂ ）とタングステン（Ｗ）との焼結体（ＣｅＯ₂ とＷとの質量比が１：１），外径＝２．５ｍｍ，軸方向の長さ＝５．０ｍｍ
芯棒部材：材質＝タングステン，全長＝１５５ｍｍ，小径部の外径＝４．９ｍｍ，大径部の外径＝６．０ｍｍ
接合材：材質＝タンタル（Ｔａ），外径＝４．９５ｍｍ，内径（貫通孔の孔径）＝３．１ｍｍ、厚さ＝２０μｍ（最大４０μｍ）

また、上記の陰極の製造条件は、以下の通りである。
［エミッタ材］
脱脂・仮焼結処理：
水素ガス雰囲気下，処理温度＝１０００℃，処理時間＝１時間
本焼結処理：減圧下（１×１０^-5Ｐａ以下），処理温度＝１８００℃，処理時間＝１時間
［陰極］
接合処理：
本体部材と芯棒部材との間を抵抗溶接することにより、接合材を加熱、溶融させた。
Ａｒガス雰囲気下，通電電流＝２，０００Ａ，処理時間＝１０秒間
真空熱処理：
減圧下（１×１０^-5Ｐａ以下），処理温度＝２２００℃，処理時間＝１時間

上記の陰極〔１〕を用い、図１に示す構成に従って、下記の仕様の放電ランプ〔１〕を作製した。
発光管：材質＝石英ガラス，最大内径＝１０９ｍｍ
陽極：材質＝タングステン，外径＝３５ｍｍ，軸方向の長さ＝６５ｍｍ
電極間距離：９ｍｍ
定格入力：７ｋＷ

上記の放電ランプ〔１〕を、電圧が３５Ｖ、電流が１４０Ａの条件で点灯させ、フリッカが発生するまでの点灯時間を測定したところ、５００時間であった。また、点灯を開始してから５００時間経過後における放電ランプ〔１〕の照度維持率は６０％であった。

〈実施例２〉
図３に示す構成に従い、下記の仕様の陰極〔２〕を作製した。
胴体部材：材質＝酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂ ）がドープされたタングステン（ＺｒＯ₂ の濃度が２ｗｔ％），最大外径＝１２ｍｍ，軸方向の長さ＝１８ｍｍ，先端面の内径（凹部の開口径）＝３．０ｍｍ
凹部の内径＝３．０ｍｍ
芯棒部材用凹部の内径＝３．８ｍｍ，軸方向の長さ＝８．５ｍｍ
先端部材：材質＝酸化ランタン（Ｌａ₂ Ｏ₃ ）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂ ）がドープされたタングステン（Ｌａ₂ Ｏ₃ の濃度が２．５ｗｔ％，ＺｒＯ₂ の濃度が０．１ｗｔ％），切削前の先端面の外径＝１２ｍｍ，軸方向の長さ＝３．０ｍｍ
エミッタ材：材質＝酸化セリウム（ＣｅＯ₂ ）とタングステン（Ｗ）との焼結体（ＣｅＯ₂ とＷとの質量比が１：１），外径＝２．５ｍｍ，軸方向の長さ＝５．０ｍｍ
芯棒部材：材質＝タングステン，全長＝１５５ｍｍ，小径部の外径＝３．７５ｍｍ，大径部の外径＝６．０ｍｍ
接合材：材質＝タンタル（Ｔａ），切削前寸法（接合材用金属シートの寸法）で、外径＝１２ｍｍ，内径（貫通孔の孔径）＝３．４ｍｍ、厚さ＝２０μｍ（最大４０μｍ）

また、上記の陰極の製造条件は、以下の通りである。
［エミッタ材］
脱脂・仮焼結処理：
水素ガス雰囲気下，処理温度＝１０００℃，処理時間＝１時間
本焼結処理：減圧下（１×１０^-5Ｐａ以下），処理温度＝１８００℃，処理時間＝１時間
［陰極］
接合処理：
胴体部材用金属体と先端部材用金属体との間を抵抗溶接することにより、接合材（接合材用金属シート）を加熱、溶融させた。
Ａｒガス雰囲気下，通電電流＝１０，０００Ａ，処理時間＝１０秒間
また、胴体部材用金属体と芯棒部材とをＴａ箔を巻き付け圧入することにより、接合させた。
真空熱処理：
減圧下（１×１０^-5Ｐａ以下），処理温度＝２２００℃，処理時間＝１時間

上記の陰極〔２〕を用い、図１に示す構成に従って、下記の仕様の放電ランプ〔２〕を作製した。
発光管：材質＝石英ガラス，最大内径＝１０９ｍｍ
陽極：材質＝タングステン，外径＝３５ｍｍ，軸方向の長さ＝６５ｍｍ
電極間距離：９ｍｍ
定格入力：７ｋＷ

上記の放電ランプ〔２〕を、電圧が３５Ｖ、電流が１４０Ａの条件で点灯させ、フリッカが発生するまでの点灯時間を測定したところ、５００時間であった。また、点灯を開始してから５００時間経過後における放電ランプ〔２〕の照度維持率は６０％であった。

〈比較例１〉
接合材を用いずに接合を行ったこと以外は実施例１と同様にして、陰極〔３〕および放電ランプ〔３〕を作製した。

上記の放電ランプ〔３〕を、電圧が３５Ｖ、電流が１４０Ａの条件で点灯させ、フリッカが発生するまでの点灯時間を測定したところ、１００時間であった。また、点灯を開始してから１００時間経過後における放電ランプ〔３〕の照度維持率は５０％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に係る放電ランプ〔１〕および〔２〕によれば、長期間にわたって安定した点灯状態が達成されることが確認された。
これに対して、比較例１に係る放電ランプ〔３〕においては、点灯状態が早期に不安定となった。これは、放電ランプの点灯時において、接合面同士、すなわち本体部材の第１凹部の底面と芯棒部材の先端面との間の間隙から、エミッタ物質が漏出し、エミッタ物質が十分に先端へ供給されなかったためと考えられる。

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
２１ 本体部材
２１ａ 中央部
２１ｂ 先端部
２１ｃ 後端部
２４ 芯棒部材
３０ 陰極
３１ 本体部材
３３ エミッタ材
３４ 芯棒部材
３４ａ 小径部
３４ｂ 大径部
３５１ 第１凹部
３５２ 第２凹部
３５１ａ 底面
３６ 接合材
４０ 陰極
４１ 胴体部材
４２ 先端部材
４３ エミッタ材
４４ 芯棒部材
４４ａ 小径部
４４ｂ 大径部
４５ 凹部
４６ 接合材
４７ 芯棒部材用凹部
Ｍ 密閉空間
Ｓ 放電空間

Claims (4)

1. 発光管の内部に陰極と陽極とが互いに対向して配置されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、
   前記陰極は、タングステン部材の複数が接合材を介して接合された接合体により形成されてなり、
   前記陰極内部には、前記タングステン部材によって取り囲まれた密閉空間を有し、
   前記密閉空間内に、トリウムを含まないエミッタ物質を含有するエミッタ材が配置されていることを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
2. 前記タングステン部材の複数は、本体部材と芯棒部材とを含み、
   前記本体部材は、軸方向に沿って伸びる、陰極後端側において開口を有する第１凹部と、この第１凹部と連続して軸方向に沿って伸びる、前記第１凹部の内径より小さい内径を有する第２凹部とを有し、
   前記本体部材における前記第１凹部の環状の底面と、前記芯棒部材の先端面とが前記接合材を介して接合されていることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
3. 前記タングステン部材の複数は、胴体部材と先端部材とを含み、
   前記胴体部材は、軸方向に沿って伸びる、陰極先端側において開口を有する凹部を有し、
   前記胴体部材の環状の先端面と前記先端部材の後端面とが前記接合材を介して接合されていることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
4. 前記接合材は、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、レニウム（Ｒｅ）およびこれらの合金から選ばれるものであることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
   

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