JP6132005B2

JP6132005B2 - Short arc type discharge lamp

Info

Publication number: JP6132005B2
Application number: JP2015232735A
Authority: JP
Inventors: 安田　幸夫; 幸夫安田; 幸治田川; 有本　智良; 智良有本; 充夫船越; 雅史團
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2035-11-30
Also published as: JP6447888B2; JP2017016992A; JP2017092040A

Description

この発明は、酸化トリウムが含有された陰極を有するショートアーク型放電ランプに関するものであり、特に、陰極に炭化層が形成されてなるショートアーク型放電ランプに係わるものである。 The present invention relates to a short arc type discharge lamp having a cathode containing thorium oxide, and more particularly to a short arc type discharge lamp in which a carbonized layer is formed on the cathode.

従来、高入力で高輝度なショートアーク型放電ランプにおいては、陰極にエミッター材として酸化トリウムを含有して、電子放出特性を高めるようにしたものが多用されている。
そして、酸化トリウムを含有した陰極においては、一般に、酸化トリウムの還元反応を促進するために、先端部近傍に炭化層を形成している。例えば、特開平１０−２８３９２１号公報（特許文献１）などがそれである。 2. Description of the Related Art Conventionally, high-input and high-intensity short arc type discharge lamps are often used in which the cathode contains thorium oxide as an emitter material to enhance electron emission characteristics.
In a cathode containing thorium oxide, a carbonized layer is generally formed in the vicinity of the tip in order to promote the reduction reaction of thorium oxide. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-283921 (Patent Document 1).

図１１にその作用模式図が示されていて、陰極８０の構成材料であるタングステン８１中に酸化トリウムＴＯが含有され、陰極８０の外表面にはその最先端部を除いて炭化層８２が形成されている。
この炭化層３２は、陰極材料であるタングステンと炭素が反応して生成された炭化タングステンからなる。
２Ｗ＋Ｃ → Ｗ_２Ｃ
そして、ランプの点灯により、陰極８０の温度が上昇し、２０００℃程度以上から、炭化層８２において酸化トリウムが還元される。
ＴｈＯ_２＋Ｗ_２Ｃ → Ｔｈ＋２Ｗ + ＣＯ_２
ＴｈＯ_２＋２Ｗ_２Ｃ → Ｔｈ＋４Ｗ + ２ＣＯ_２
炭化層８２で還元されて生成されたトリウムＴは、陰極表面を表面拡散により先端側に向かって輸送される。 FIG. 11 is a schematic diagram showing the operation thereof. Tungsten oxide TO is contained in tungsten 81 which is a constituent material of the cathode 80, and a carbonized layer 82 is formed on the outer surface of the cathode 80 except for the most advanced portion. Has been.
The carbonized layer 32 is made of tungsten carbide produced by a reaction between tungsten, which is a cathode material, and carbon.
2W + C → W ₂ C
When the lamp is turned on, the temperature of the cathode 80 rises, and thorium oxide is reduced in the carbonized layer 82 from about 2000 ° C. or higher.
ThO ₂ + W ₂ C → Th + 2W + CO ₂
_{_{ThO 2 + 2W 2 C → Th}} + 4W + 2CO 2
Thorium T produced by reduction in the carbonized layer 82 is transported toward the tip side by surface diffusion on the cathode surface.

ところで、上記従来技術における、陰極先端近傍の外表面に形成された炭化層８２は、おおよそ数十μｍから百μｍの厚さであり、直径が数ｍｍである陰極の軸方向に垂直な断面に対し、炭化層の部分が占める面積の割合は数％未満にしか過ぎない。
そして、酸化トリウムＴＯはトリウム原子Ｔに比べ粒径が大きいために陰極内部においては殆ど拡散することがなく、炭化層以外の領域から酸化トリウムが移動してくることは、殆どない。つまり、炭化層８２で酸化トリウムＴＯが還元され尽くされると、そこへの酸化トリウムの補充がなく、その領域の酸化トリウムは消失し、エミッターとしてのトリウムの供給も絶たれてしまうことになるという問題があった。
このように、エミッターの供給が立たれると、陰極のアーク側先端面においてトリウムが不足し、ちらつきが発生したり、ランプの立消えが起こったりする。 By the way, the carbonized layer 82 formed on the outer surface in the vicinity of the tip of the cathode in the above prior art has a thickness of about several tens μm to one hundred μm and a cross section perpendicular to the axial direction of the cathode having a diameter of several mm. On the other hand, the proportion of the area occupied by the carbonized layer portion is only less than a few percent.
Since thorium oxide TO has a particle size larger than that of thorium atom T, it hardly diffuses inside the cathode, and thorium oxide hardly moves from a region other than the carbide layer. That is, when thorium oxide TO is completely reduced in the carbonized layer 82, thorium oxide is not replenished there, and thorium oxide in that region disappears, and thorium supply as an emitter is cut off. There was a problem.
In this way, when the emitter is supplied, thorium is insufficient at the arc-side tip surface of the cathode, causing flickering or lamp extinction.

このような不具合を解消するものとして、特開２０１０−２８２７５８号公報（特許文献２）では、陰極先端に開口する細穴を形成して、その細穴の後端側に炭化層を形成したものが提案されている。
図１２にその概略構造が示されていて、陰極８０には、その先端面８０ａに開口する細穴８５が形成されていて、該細穴８５の先端部８５１側は非炭化部であり、これより深い箇所にある後端部８５２に炭化層８６が形成されているものである。
こうすることで、ランプ点灯時には、炭化層８６によって酸化トリウムが還元され、生成されたトリウムが先端部８５１の内表面における表面拡散および気相拡散によって陰極先端に輸送され、先端部でのエミッターの枯渇を防止しようとするものである。 In order to solve such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-282758 (Patent Document 2) has a narrow hole opened at the tip of the cathode and a carbonized layer formed at the rear end side of the narrow hole. Has been proposed.
The schematic structure is shown in FIG. 12, and the cathode 80 is formed with a narrow hole 85 opened in the tip surface 80a, and the tip 851 side of the narrow hole 85 is a non-carbonized portion. A carbonized layer 86 is formed at the rear end 852 located at a deeper location.
Thus, when the lamp is lit, thorium oxide is reduced by the carbonized layer 86, and the generated thorium is transported to the cathode tip by surface diffusion and vapor phase diffusion on the inner surface of the tip portion 851, and the emitter at the tip portion is transported. It is intended to prevent depletion.

ところで、陰極におけるトリウムの拡散の態様には、一般に、陰極表面における表面拡散と、陰極材料の粒界における粒界拡散と、粒内における粒内拡散とがあるが、その拡散係数（※出典後記）は、図１３に示されるように、一般に、表面拡散＞粒界拡散＞粒内拡散の順であり、その大きさはそれぞれ、概ね１桁〜２桁ずつ異なる。
出典：N.L. Peterson, “Diffusion in Refractory Metals”, WADD TECHNICAL REPORT 60-793 (Wright Air Development Division, Air Research and Development Command, US Air Force, 1960) p21． By the way, the diffusion mode of thorium at the cathode generally includes surface diffusion at the cathode surface, grain boundary diffusion at the grain boundary of the cathode material, and intragranular diffusion within the grain. 13), as shown in FIG. 13, in general, the order of surface diffusion> granular boundary diffusion> intragranular diffusion, the sizes of which differ by about 1 to 2 digits.
Source: NL Peterson, “Diffusion in Refractory Metals”, WADD TECHNICAL REPORT 60-793 (Wright Air Development Division, Air Research and Development Command, US Air Force, 1960) p21.

上記特許文献２の従来技術においては、主に細穴８５における表面拡散により陰極先端へのトリウムの移送が行われるものであり、陰極先端面８０ａでのトリウム量の時間変化を考えると、点灯初期においてトリウム量は急激に上昇し、その後下降する。
図１４にそのトリウムの時間経過による変化が模式的に示されていて、陰極先端面８０ａでのトリウム量Ａは、陰極のテーパー部からの表面拡散によるトリウム量Ｂと、細穴８５からの表面拡散によるトリウム量Ｃとの合計であって、点灯直後に急激に増加し、その後、急激に下降してしまう。その結果、陰極先端において、点灯初期には十分なトリウムの供給があるが、その後には急激に減少して枯渇してしまうという不具合が依然として解決されない。 In the prior art of the above-mentioned Patent Document 2, thorium is transferred to the cathode tip mainly by surface diffusion in the narrow hole 85, and considering the temporal change in the amount of thorium on the cathode tip surface 80a, the initial lighting is performed. The amount of thorium increases rapidly and then decreases.
FIG. 14 schematically shows the change of thorium over time. The amount of thorium A at the cathode tip surface 80a is the amount of thorium B due to surface diffusion from the taper portion of the cathode and the surface from the narrow hole 85. It is the sum of the amount of thorium C due to diffusion, increases rapidly immediately after lighting, and then decreases rapidly. As a result, at the cathode tip, sufficient thorium is supplied at the beginning of lighting, but after that, the problem of sudden decrease and exhaustion still remains.

また、この特許文献２のものでは、酸化トリウムが還元される際に発生した一酸化炭素ＣＯや二酸化炭素ＣＯ_２が細穴８５を通じて放電空間に放出されるため、点灯を継続すると従来品よりも一酸化炭素濃度や二酸化炭素濃度が増加し、始動性が悪化する可能性があるという問題もある。 Further, the present invention is the patent document 2, since the carbon monoxide CO and carbon dioxide CO ₂ generated during the thorium oxide is reduced is discharged to the discharge space through the small hole 85, than conventional is continued lighting There is also a problem that the startability may deteriorate due to an increase in the carbon monoxide concentration and the carbon dioxide concentration.

特開平１０−２８３９２１号公報JP-A-10-283921 特開２０１０−２８２７５８号公報JP 2010-282758 A

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、発光管の内部に一対の陰極と陽極とが対向配置され、前記陰極に酸化トリウムが含有されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、陰極先端の内部に含有された酸化トリウムの有効利用を図ることにより、陰極先端面でのエミッター物質の枯渇を防ぎ、電子放出機能を長時間維持し、ランプのフリッカー寿命の長期化を図るようにした構造を提供しようとするものである。 In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention provides a short arc discharge lamp in which a pair of a cathode and an anode are opposed to each other inside the arc tube, and the cathode contains thorium oxide. By making effective use of thorium oxide contained in the interior, it is possible to prevent the emitter material from being depleted on the cathode tip, maintain the electron emission function for a long time, and extend the flicker life of the lamp. It is something to be offered.

上記課題を解決するために、この発明では、陰極は、少なくとも先端側の一部に酸化トリウムが含有されており、前記陰極の内部には、少なくとも酸化トリウムが含有された領域において、あるいは、これと隣接もしくは近接した領域において、密閉空間が形成され、前記密閉空間内に還元部材が設けられていることを特徴とする。
また、前記還元部材は、還元剤として、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）の一つ又は複数の元素を含むことを特徴とする。
また、前記陰極はタングステンからなり、前記還元部材は、前記還元剤とタングステンとの化合物であることを特徴とする。
また、前記還元部材は、前記密閉空間内に充填されていることを特徴とする。
また、前記還元部材は、前記密閉空間の内表面に層状に形成されていることを特徴とする。
また、前記還元部材が、炭化層であることを特徴とする。
また、前記陰極の、少なくとも酸化トリウムが含有された領域の外表面には外表面炭化層が形成されていることを特徴とする。
また、前記陰極は、酸化トリウムを含有する先端部と、酸化トリウムを含まない本体部からなり、前記密閉空間は、少なくとも前記先端部あるいはこれと隣接もしくは近接した領域に形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, in the present invention, the cathode contains thorium oxide at least at a part on the tip side, and the inside of the cathode contains at least a region containing thorium oxide. A closed space is formed in a region adjacent to or close to and a reducing member is provided in the sealed space.
The reducing member includes one or more elements of carbon (C), boron (B), zirconium (Zr), and hafnium (Hf) as a reducing agent.
The cathode is made of tungsten, and the reducing member is a compound of the reducing agent and tungsten.
The reducing member is filled in the sealed space.
The reducing member is formed in a layered manner on the inner surface of the sealed space.
Further, the reducing member is a carbonized layer.
In addition, an outer surface carbonized layer is formed on the outer surface of at least the region containing thorium oxide of the cathode.
The cathode includes a tip portion containing thorium oxide and a main body portion not containing thorium oxide, and the sealed space is formed at least in the tip portion or in a region adjacent to or close to the tip portion. And

本発明によれば、酸化トリウムが含有された陰極の内部に、少なくとも酸化トリウムが含有された領域、あるいは、これと隣接もしくは近接した領域において、密閉空間が形成されており、該密閉空間内に還元部材が設けられた構成としたことにより、これまで有効利用が難しかった前記陰極の内部における酸化トリウムの還元を促進し、生成されたトリウムが粒界拡散されて陰極先端面に輸送されて、より安定した電子放射機能を長時間にわたって維持することができるという効果を奏する。
また、還元部材が密閉空間内に封じ込められているため、過剰に蒸発することがなく、より高濃度の還元剤を用いても、発光部を構成する封体に悪影響を及ぼすことがない。
また、陰極外表面に炭化層を形成することで、点灯初期においては、この外表面炭化層によって、該炭化層近辺の酸化トリウムが還元されてトリウムとなり、これが陰極表面を表面拡散して陰極先端面に輸送されて、電子放出機能を担うことにより初期点灯性が良好となる。 According to the present invention, a sealed space is formed inside the cathode containing thorium oxide at least in a region containing thorium oxide, or in a region adjacent to or close to the thorium oxide, and in the sealed space. By adopting a configuration in which a reducing member is provided, the reduction of thorium oxide inside the cathode, which has been difficult to effectively use so far, is promoted, and the generated thorium is diffused at the grain boundary and transported to the cathode tip surface. There is an effect that a more stable electron emission function can be maintained for a long time.
Further, since the reducing member is enclosed in the sealed space, it does not evaporate excessively, and even if a reducing agent with a higher concentration is used, it does not adversely affect the sealing body constituting the light emitting part.
In addition, by forming a carbonized layer on the outer surface of the cathode, in the initial stage of lighting, the outer surface carbonized layer reduces thorium oxide in the vicinity of the carbonized layer to thorium, which diffuses the surface of the cathode to the tip of the cathode. By being transported to the surface and taking on the electron emission function, the initial lighting performance is improved.

本発明の第１実施例に係る放電ランプの陰極構造の断面図。Sectional drawing of the cathode structure of the discharge lamp which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第２実施例の断面図。Sectional drawing of 2nd Example of this invention. 本発明の第３実施例の断面図。Sectional drawing of 3rd Example of this invention. 本発明の第４実施例の断面図。Sectional drawing of 4th Example of this invention. 本発明の第５実施例の断面図。Sectional drawing of 5th Example of this invention. 本発明の第６実施例の断面図。Sectional drawing of 6th Example of this invention. 本発明の第７実施例の断面図。Sectional drawing of 7th Example of this invention. 本発明の第８実施例の断面図。Sectional drawing of 8th Example of this invention. 本発明の第９実施例の断面図。Sectional drawing of 9th Example of this invention. 本発明の動作原理を説明する部分断面図。The fragmentary sectional view explaining the principle of operation of the present invention. 従来技術の作用を説明する部分断面図。The fragmentary sectional view explaining the effect | action of a prior art. 他の従来例の断面図。Sectional drawing of another prior art example. トリウムの拡散速度を表すグラフ。A graph showing the diffusion rate of thorium. 図１２の従来例の時間経過による陰極先端面のトリウム量を示すグラフ。The graph which shows the amount of thorium of the cathode front end surface by the time passage of the prior art example of FIG.

図１はこの発明のショートアーク型放電ランプに用いられる陰極構造を示し、陰極１は、タングステン中に酸化トリウム（ＴｈＯ_２）が含有されたトリエーテッドタングステン（いわゆる、トリタン）からなる。
この陰極１の先端テーパー部１ａの外表面には、炭化タングステンからなる外表面炭化層２が形成されている。この外表面炭化層２は、陰極１の先端部に設けられているものではあるが、先端面１ｂを含むアークが形成される最先端部には形成されていない。
通常、この陰極１に含有された酸化トリウムは、ランプ点灯中に高温になることで外表面炭化層２中の炭素によって還元され、トリウム原子となって陰極外表面を表面拡散して、温度が高い先端面１ｂ側へと移動する。これにより、陰極先端における仕事関数を小さくして電子放出特性を良好なものにしている。 FIG. 1 shows a cathode structure used in a short arc type discharge lamp according to the present invention. The cathode 1 is made of triated tungsten (so-called tritan) containing thorium oxide (ThO ₂ ) in tungsten.
An outer surface carbide layer 2 made of tungsten carbide is formed on the outer surface of the tip tapered portion 1 a of the cathode 1. The outer surface carbonized layer 2 is provided at the tip of the cathode 1, but is not formed at the most distal portion where the arc including the tip 1b is formed.
Usually, the thorium oxide contained in the cathode 1 is reduced by the carbon in the outer surface carbonized layer 2 at a high temperature while the lamp is turned on, becomes thorium atoms, diffuses on the outer surface of the cathode, and has a temperature of It moves to the high end face 1b side. As a result, the work function at the cathode tip is reduced to improve the electron emission characteristics.

そして、前記陰極１の内部には、密閉空間３が形成されている。この実施例では、この密閉空間３は後端側の大径部３１と、先端側の小径部３２とからなるものが示されているが、陰極１の形状によっては大径部と小径部の区別がなく軸方向で同径であってもよい。この小径部３２、即ち、密閉空間３の先端部の径は、陰極先端面１ｂよりも大径であることが好ましい。
そして、大径部３１に陰極芯線４が後端側から挿入固定されていて、これにより密閉空間３が形成されている。
前記密閉空間３の先端側の小径部３２の内表面には、前記外表面炭化層２と同様な炭化タングステンからなる内表面炭化層５が形成されていて、この内表面炭化層５が、酸化トリウムを還元するための還元部材８を構成している。
この内表面炭化層５（還元部材８）は、外表面炭化層２との位置関係や、点灯時の温度によってその軸方向長さが決定され、陰極内部の酸化トリウムが還元されてトリウムが陰極先端側に拡散輸送されていく作用がもたらされるに足る領域に形成される。 A sealed space 3 is formed inside the cathode 1. In this embodiment, the sealed space 3 is composed of a large-diameter portion 31 on the rear end side and a small-diameter portion 32 on the front end side. However, depending on the shape of the cathode 1, The same diameter may be used in the axial direction without distinction. The diameter of the small-diameter portion 32, that is, the tip of the sealed space 3 is preferably larger than that of the cathode tip surface 1b.
The cathode core wire 4 is inserted and fixed to the large diameter portion 31 from the rear end side, thereby forming the sealed space 3.
An inner surface carbonized layer 5 made of tungsten carbide similar to the outer surface carbonized layer 2 is formed on the inner surface of the small-diameter portion 32 on the distal end side of the sealed space 3, and the inner surface carbonized layer 5 is oxidized. A reducing member 8 for reducing thorium is formed.
The inner surface carbonized layer 5 (reducing member 8) has its axial length determined by the positional relationship with the outer surface carbonized layer 2 and the temperature at the time of lighting, and thorium oxide inside the cathode is reduced, so that thorium becomes the cathode. It is formed in a region sufficient to provide an effect of being diffusely transported to the tip side.

上記第１実施例では、陰極１は全体がトリエーテッドタングステンで構成されたものを示したが、その構造はこれに限られず、先端部のみを酸化トリウムが含有されたトリエーテッドタングステンとする構造としてもよい。
図２にその構造が示されていて、陰極１は、純タングステンからなる本体部１１と、その先端に接合された先端部１２とからなり、該先端部１２は、タングステン中に酸化トリウム（ＴｈＯ_２）が含有されたトリエーテッドタングステンからなる。なお、前記本体部１１と先端部１２とは、拡散接合されていることが好ましい。
そして、先端部１２の外表面には炭化タングステンからなる外表面炭化層２が形成されている。 In the first embodiment, the cathode 1 is entirely composed of triated tungsten. However, the structure is not limited to this, and only the tip is made of triated tungsten containing thorium oxide. Also good.
The structure is shown in FIG. 2, and the cathode 1 is composed of a main body portion 11 made of pure tungsten and a tip portion 12 joined to the tip thereof. The tip portion 12 is made of thorium oxide (ThO) in tungsten. ₂ ) It consists of triated tungsten containing. The main body 11 and the tip 12 are preferably diffusion bonded.
An outer surface carbide layer 2 made of tungsten carbide is formed on the outer surface of the tip 12.

このような接合構造の陰極１の場合、その内部に形成される密閉空間３は、酸化トリウムが含有された先端部１２にまで及んで形成されている。
前記第１実施例と同様に、前記密閉空間３の先端側の小径部３２の内表面には、前記外表面炭化層２と同様な炭化タングステンからなる内表面炭化層５（還元部材８）が形成されている。これにより、内表面炭化層５は、少なくとも、酸化トリウムを含有する先端部１２には形成されていることになる。 In the case of the cathode 1 having such a junction structure, the sealed space 3 formed in the cathode 1 extends to the tip 12 containing thorium oxide.
Similar to the first embodiment, an inner surface carbide layer 5 (reducing member 8) made of tungsten carbide similar to the outer surface carbide layer 2 is formed on the inner surface of the small diameter portion 32 on the distal end side of the sealed space 3. Is formed. Thereby, the inner surface carbonized layer 5 is formed at least on the tip 12 containing thorium oxide.

図３に他の第３実施例が示されている。この実施例では、まず、先端部１２は、本体部１１の先端テーパー部の一部を構成するように接合されている。そして、密閉空間３の小径部３２は、前記先端部１２にまで及んで形成されており、その最先端３２ａはテーパー形状をなしていて、この小径部３２の内表面に内表面炭化層５（還元部材８）が形成されている。この内表面炭化層５は、少なくとも、先端部１２に対応する位置に形成されている。
この実施例では更に、密閉空間３内に、炭素、及び／又は、酸素を吸着するゲッター材６が配置されている。このゲッター材６はタンタル（Ｔａ）もしくはニオブ（Ｎｂ）からなる。
このゲッター材６は、酸化トリウム（ＴｈＯ_２）が内表面炭化層５（還元部材８）の炭素によって還元される際に発生する二酸化炭素（ＣＯ_２）や一酸化炭素（ＣＯ）を吸着し、それらの分圧の上昇を抑えて、酸化トリウムの還元反応を促進する役目を果たすものである。 FIG. 3 shows another third embodiment. In this embodiment, first, the distal end portion 12 is joined so as to constitute a part of the distal end tapered portion of the main body portion 11. The small-diameter portion 32 of the sealed space 3 is formed so as to extend to the distal end portion 12, and the tip 32 a has a tapered shape, and the inner surface carbonized layer 5 ( A reducing member 8) is formed. The inner surface carbonized layer 5 is formed at least at a position corresponding to the tip portion 12.
In this embodiment, a getter material 6 that adsorbs carbon and / or oxygen is disposed in the sealed space 3. The getter material 6 is made of tantalum (Ta) or niobium (Nb).
This getter material 6 adsorbs carbon dioxide (CO ₂ ) and carbon monoxide (CO) generated when thorium oxide (ThO ₂ ) is reduced by the carbon of the inner surface carbonized layer 5 (reducing member 8). It serves to promote the reduction reaction of thorium oxide by suppressing the increase in their partial pressure.

図４に更に他の第４実施例が示されていて、この実施例では、まず、陰極１の本体部１１に円周溝７が形成されていて、陰極１の先端部１２の熱が後方に逃げることを抑制するヒートダムとして機能し、先端部１２での酸化トリウムの還元反応を促進するものである。
また、この実施例では、密閉空間３内のゲッター材６は、陰極芯線６の先端面に形成した開孔に立設固定されている。これにより、ゲッター材６が密閉空間３内でみだりに動くことがない。 FIG. 4 shows still another fourth embodiment. In this embodiment, first, the circumferential groove 7 is formed in the main body portion 11 of the cathode 1, and the heat of the tip portion 12 of the cathode 1 is rearward. It functions as a heat dam that suppresses escaping, and promotes the reduction reaction of thorium oxide at the tip 12.
Further, in this embodiment, the getter material 6 in the sealed space 3 is erected and fixed in an opening formed in the tip surface of the cathode core wire 6. Thereby, the getter material 6 does not move slowly in the sealed space 3.

本発明における動作原理を図８に基づいて説明する。図１０（Ａ）は点灯初期の状態を表し、図１０（Ｂ）は所定時間経過後の状態を表す。
ランプ点灯を開始すると、図１０（Ａ）に示すように、陰極先端に形成された外表面炭化層２中の炭素によって、当該外表面炭化層２中およびその近傍の酸化トリウムＴＯが還元されてトリウムＴとなり、これが、陰極１の外表面を拡散して先端面１ｂ側に移送される。これにより、点灯初期における点灯性やチラツキの発生が防止される。
そして、この時点では陰極１内部の温度が外表面ほどには上昇しておらず、酸化トリウムＴＯの還元作用がそれほど活発にはなっておらず、また、前記したように、粒界拡散による移送速度が表面拡散による移送速度より遅いこともあって、この領域からのトリウムの粒界拡散による先端面への移送量は少ない。 The operating principle of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10A shows an initial lighting state, and FIG. 10B shows a state after a predetermined time has elapsed.
When the lamp is started, as shown in FIG. 10 (A), thorium oxide TO in and near the outer surface carbonized layer 2 is reduced by the carbon in the outer surface carbonized layer 2 formed at the cathode tip. Thorium T is formed, which is diffused on the outer surface of the cathode 1 and transferred to the front end face 1b side. As a result, the lighting performance and flickering at the beginning of lighting are prevented.
At this time, the temperature inside the cathode 1 has not risen as much as the outer surface, and the reduction action of the thorium oxide TO has not become so active. Since the speed is slower than the transfer speed by surface diffusion, the transfer amount of thorium from this region to the tip surface by the grain boundary diffusion is small.

点灯時間が経過すると、図１０（Ｂ）に示すように、前述した外表面炭化層２中およびその近傍に含まれる酸化トリウムは減少していくが、陰極内部の温度が約２０００℃以上となると、内部に含まれる酸化トリウムＴＯが、密閉空間３の内表面に形成された内表面炭化層５（還元部材８）中の炭素と反応して還元され、陰極内部においてトリウムＴが生成されていく。
この生成されたトリウムＴは陰極内部をタングステン粒子の粒界拡散によって陰極先端面１ｂ側に輸送されていく。そして更に、この粒界拡散に遅れて粒内拡散によってもトリウムが先端面１ｂ側に輸送されていく。
これらのトリウムの時間差のある拡散によって、先端面でのトリウムで枯渇が生じることがなく、フリッカーが長時間発生することがなく、再点灯性のよい長寿命のランプを提供することができる。 When the lighting time elapses, as shown in FIG. 10B, the thorium oxide contained in and near the outer surface carbonized layer 2 decreases, but the temperature inside the cathode becomes about 2000 ° C. or more. The thorium oxide TO contained therein reacts with the carbon in the inner surface carbonized layer 5 (reducing member 8) formed on the inner surface of the sealed space 3 to be reduced, and thorium T is generated inside the cathode. .
The generated thorium T is transported to the cathode front end face 1b side by the grain boundary diffusion of tungsten particles inside the cathode. Further, thorium is transported to the tip surface 1b side by intragranular diffusion after the grain boundary diffusion.
Due to the time-diffused diffusion of thorium, thorium on the front end surface is not depleted, flicker does not occur for a long time, and a long-life lamp with good relighting performance can be provided.

前記の現象を更に詳述すると、陰極内部温度の上昇により、密閉空間３内における内表面炭化層５（還元部材８）中の炭素が陰極基体内に拡散していく。この炭素の拡散によって基体内の酸化トリウムＴＯの還元が起こり、生成されたトリウムＴが粒界拡散により陰極の先端面に向かって輸送されて、トリウムＴの供給が円滑に行われる。
密閉空間３の内表面炭化層５によって還元されたトリウムＴは、高温となる密閉空間３において蒸発する場合があるが、この密閉空間３内に閉じ込められているため、蒸発したトリウムはその壁に捉えられ、表面拡散により密閉空間３内で先端側に輸送されていくので、陰極外部に飛散して消失することはない。 More specifically, the phenomenon described above causes carbon in the inner surface carbonized layer 5 (reducing member 8) in the sealed space 3 to diffuse into the cathode base body as the cathode internal temperature rises. The thorium oxide TO in the substrate is reduced by the diffusion of the carbon, and the generated thorium T is transported toward the front end face of the cathode by the grain boundary diffusion, so that the thorium T is supplied smoothly.
The thorium T reduced by the inner surface carbonized layer 5 of the sealed space 3 may evaporate in the sealed space 3 where the temperature becomes high. However, since the thorium T is confined in the sealed space 3, the evaporated thorium is deposited on the wall. Since it is captured and transported to the front end side in the sealed space 3 by surface diffusion, it is not scattered and lost outside the cathode.

また、図２〜図６に示すトリタンからなる先端部を本体部に接合する構造の陰極においても、少なくとも酸化トリウムが含有された先端部において、密閉空間が形成されており、この密閉空間の内表面に内表面炭化層が形成されて還元部材を構成していることで、酸化トリウムが含有された領域において内表面炭化層（還元部材）が形成されていることになる。これにより、酸化トリウムの使用量を少なくした陰極構造、いわゆる、省トリタン陰極構造においても、陰極内部に含まれる酸化トリウムの還元反応を円滑に行い、内部の酸化トリウムを有効に活用できるようにしたものである。 Also, in the cathode having a structure in which the tip portion made of tritan shown in FIGS. 2 to 6 is joined to the main body portion, a sealed space is formed at least at the tip portion containing thorium oxide. Since the inner surface carbonized layer is formed on the surface to form the reducing member, the inner surface carbonized layer (reducing member) is formed in the region containing thorium oxide. As a result, even in a cathode structure in which the amount of thorium oxide used is reduced, that is, a so-called tritan cathode structure, the reduction reaction of thorium oxide contained in the cathode can be smoothly performed, and the internal thorium oxide can be used effectively. Is.

また、密閉空間３の先端側の小径部３２の径を、陰極先端面１ｂの径より大径としたことで、密閉空間表面の内表面炭化層５（還元部材８）で還元されたトリウムがテーパー部のアーク側先端面に輸送されるに伴いトリウム量が多くなり、充分なトリウムの供給を図ることができる。 Further, the diameter of the small-diameter portion 32 on the front end side of the sealed space 3 is made larger than the diameter of the cathode front end surface 1b, so that thorium reduced by the inner surface carbonized layer 5 (reducing member 8) on the sealed space surface is reduced. The amount of thorium increases as it is transported to the arc-side tip surface of the tapered portion, and sufficient thorium can be supplied.

更には、前記密閉空間３には、炭素、及び／又は、酸素を吸着するタンタルやニオブなどのゲッター材６が配置されているので、酸化トリウムの炭素による還元過程で発生する二酸化炭素（ＣＯ_２）や一酸化炭素（ＣＯ）を吸収し、それらの分圧の上昇を抑えて、還元反応を促進する。
また、小径部３２の最先端部３２ａをテーパー形状とすることによって、先端が平坦面である場合と比べて、炭素を塗布する面積が増えるので、最も高温となり還元反応が活発に行われる領域において還元されるトリウムを増やすことができる。
また、陰極１の本体部１１に円周溝７を形成することで、陰極１の先端部１２の熱が後方に逃げることを抑制し、先端部１２の温度を高温にすることができ、酸化トリウムの還元反応を促進するものである。 Furthermore, since the getter material 6 such as tantalum or niobium that adsorbs carbon and / or oxygen is disposed in the sealed space 3, carbon dioxide (CO ₂₎ generated during the reduction of thorium oxide by carbon. ) And carbon monoxide (CO) and suppress the increase of their partial pressure to promote the reduction reaction.
In addition, since the tip end portion 32a of the small-diameter portion 32 has a tapered shape, the area to which carbon is applied is increased as compared with the case where the tip is a flat surface, so that the reduction reaction is actively performed at the highest temperature. Thorium to be reduced can be increased.
Further, by forming the circumferential groove 7 in the main body portion 11 of the cathode 1, it is possible to suppress the heat of the tip portion 12 of the cathode 1 from escaping backward, and to increase the temperature of the tip portion 12. It promotes the reduction reaction of thorium.

図３の実施例に基づく陰極構造の一数値例を挙げると以下のとおりである。
＜本体部＞
材料：カリウム（Ｋ）ドープタングステン
胴径：φ１０ｍｍ
＜先端部＞
材料：２ｗｔ％トリタン
厚さ：３ｍｍ
＜全体＞
全長：３５ｍｍ
先端テーパー角：５０°
＜密閉空間＞
小径部：φ２．５ｍｍ、長さ６ｍｍ
大径部：φ４ｍｍ、長さ２７ｍｍ
小径部先端と陰極先端面との距離（厚さ）：２ｍｍ A numerical example of the cathode structure based on the embodiment of FIG. 3 is as follows.
<Main body>
Material: Potassium (K) doped tungsten Body diameter: φ10mm
<Tip>
Material: 2wt% Tritan Thickness: 3mm
<Overall>
Total length: 35mm
Tip taper angle: 50 °
<Sealed space>
Small diameter part: φ2.5mm, length 6mm
Large diameter part: φ4mm, length 27mm
Distance (thickness) between the tip of the small diameter part and the tip of the cathode: 2 mm

上記構造において、密閉空間３（小径部３２）の先端部と陰極先端面１ｂとの距離（厚さ）は、２〜５ｍｍとすることが好ましく、２ｍｍ未満であると点灯時の高熱により蒸発・摩耗それに続いて溶融して穴が開くことがあり、５ｍｍを超えると点灯時の温度上昇が必ずしも十分でなく、酸化トリウムの還元反応が十分に達成することが期待できない。
つまり、この厚さは、酸化トリウムが還元される温度である２０００℃程度の領域を含み、炭素がタングステン中へ固溶する温度域をも含むものであり、これにより、炭化層で還元されたトリウム、及び、固溶した炭素が先端側に輸送される過程で還元されたトリウムが、陰極の先端へ円滑に供給されフリッカーなどの発生が抑制される。 In the above structure, the distance (thickness) between the tip of the sealed space 3 (small diameter portion 32) and the cathode tip surface 1b is preferably 2 to 5 mm, and if it is less than 2 mm, it is evaporated / heated by high heat during lighting. The wear may subsequently melt and open a hole, and if it exceeds 5 mm, the temperature rise during lighting is not necessarily sufficient, and it cannot be expected that the reduction reaction of thorium oxide will be sufficiently achieved.
That is, this thickness includes a region of about 2000 ° C. that is a temperature at which thorium oxide is reduced, and also includes a temperature region in which carbon is solid-solved in tungsten. Thorium and thorium reduced in the process in which the solid solution carbon is transported to the tip side are smoothly supplied to the tip of the cathode, and generation of flicker or the like is suppressed.

図２の構造の陰極の製作方法を説明する。
（１）タングステンからなる本体部１１と、酸化トリウムを含有する先端部１２を拡散接合などにより接合する。
（２）陰極先端を切削加工してテーパー形状とする。
（３）陰極内部に小径部３２と大径部３１とからなる穴を切削加工により形成する。この時、小径部３２の少なくとも一部が先端部１２内に位置するようにする。
（４）硝化綿を入れた酢酸ブチル混合溶液に炭素粉末を加えた混合溶液を刷毛により、陰極の先端テーパー部１ａの外表面の所定の位置と、密閉空間３を構成する小径部３２に塗り、乾燥させる。その乾燥させた陰極を真空高温炉に入れ、１８００℃に昇温し、３０分保持し、その後、室温に戻った後に炭化した陰極を、冷却後に取り出す。ここで、炭化層形成の成否は、Ｘ線解析（ＸＲＤ）装置で確認することができる。
（５）陰極芯線４を大径部３１に挿入して固定し、密閉空間３を形成する。 A method of manufacturing the cathode having the structure shown in FIG. 2 will be described.
(1) The main body portion 11 made of tungsten and the tip portion 12 containing thorium oxide are bonded by diffusion bonding or the like.
(2) The cathode tip is cut into a tapered shape.
(3) A hole composed of the small diameter portion 32 and the large diameter portion 31 is formed in the cathode by cutting. At this time, at least a part of the small-diameter portion 32 is positioned in the distal end portion 12.
(4) Apply a mixed solution of carbon powder to a mixed solution of butyl acetate containing nitrified cotton with a brush to a predetermined position on the outer surface of the tip tapered portion 1a of the cathode and the small diameter portion 32 constituting the sealed space 3 ,dry. The dried cathode is put into a vacuum high-temperature furnace, heated to 1800 ° C., held for 30 minutes, and then the carbonized cathode after returning to room temperature is taken out after cooling. Here, the success or failure of carbonized layer formation can be confirmed with an X-ray analysis (XRD) apparatus.
(5) The cathode core wire 4 is inserted and fixed in the large diameter portion 31 to form the sealed space 3.

図３の実施例のように密閉空間３内にゲッター材６を収容した構造とするときは、上記製作工程（４）の後に、タンタルなどの線材を密閉空間３内に収容し、その後、上記工程（５）により、陰極芯線４を挿入固定して密閉空間３を形成する。
ゲッター材６は、上記のように例えば、不純物濃度の低い（５０ｗｔｐｐｍ以下）のタンタルワイヤからなり、長いまま何重かに折りたたんだり、短く切断したりして収容してもよいし、あるいは図４のように、陰極芯線４の先端面に小径の穴を形成して、これにタンタルワイヤを差し込み固定してもよい。 When it is set as the structure which accommodated the getter material 6 in the sealed space 3 like the Example of FIG. 3, wire materials, such as a tantalum, are accommodated in the sealed space 3 after the said manufacturing process (4), and the said after that In step (5), the cathode core wire 4 is inserted and fixed to form the sealed space 3.
As described above, the getter material 6 is made of, for example, a tantalum wire having a low impurity concentration (50 wtppm or less) and may be accommodated by being folded several times as long as it is cut or shortly cut. As described above, a small-diameter hole may be formed in the tip surface of the cathode core wire 4, and a tantalum wire may be inserted and fixed thereto.

以上の実施例においては、密閉空間は、陰極後方から挿入される陰極芯線によって密閉される構造を示したが、図５、図６に示すように、陰極構造として、本体部と、酸化トリウムを含有する先端部とを接合した構造とするとき、少なくとも先端部の内部に密閉空間を形成するように、本体部と先端部との接合によって密閉空間を形成するものであってよい。
また、密閉空間内に設ける還元部材は、その内表面に形成した炭化層で構成したものを示したが、炭素以外の他の還元剤、例えば、ホウ素を層状に形成したものであってもよい。 In the above embodiments, the sealed space has been shown to be sealed by the cathode core wire inserted from the rear of the cathode. However, as shown in FIGS. 5 and 6, the cathode structure includes a main body portion and thorium oxide. When it is set as the structure which joined the front-end | tip part to contain, you may form sealed space by joining a main-body part and a front-end | tip part so that a sealed space may be formed at least inside a front-end | tip part.
Moreover, although the reducing member provided in the sealed space has been shown to be composed of a carbonized layer formed on the inner surface thereof, other reducing agents other than carbon, for example, boron may be layered. .

更には、還元部材は、密閉空間の内表面に層状に形成する以外に、還元剤を含む還元部材を密閉空間内に充填するものであってもよい。
以下そのような実施例を図５〜図９により説明する。
図５に示すように、陰極１は、本体部１１と、これに接合される先端部１２とからなり、陰極１の全体、つまり、本体部１１および先端部１２のいずれにも酸化トリウムが含有されている。そして、密閉空間３は、本体部１１と先端部１２とに跨るように形成されていて、これら本体部１１と先端部１２を接合することで密閉空間３が形成される。
この密閉空間３内には、還元部材８が充填されていて、この還元部材８には、還元剤として、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）の一つ又は複数の元素が含有されている。
また、還元部材は、これらの還元剤の相互の化合物（ＺｒＣ、ＨｆＢ_２など）の形態であってもよいし、還元剤以外の他の元素との化合物（ＷＣ、ＢＮなど）の形態であってもよい。このように化合物の形態とすることで、化学的な安定化が図られて、取扱い面で優れているという利点がある。 Furthermore, in addition to forming the reducing member in a layered manner on the inner surface of the sealed space, the reducing member may be filled with a reducing member containing a reducing agent.
Such an embodiment will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 5, the cathode 1 includes a main body portion 11 and a tip portion 12 bonded to the main body portion 11, and thorium oxide is contained in the entire cathode 1, that is, both the main body portion 11 and the tip portion 12. Has been. The sealed space 3 is formed so as to straddle the main body portion 11 and the tip portion 12, and the sealed space 3 is formed by joining the main body portion 11 and the tip portion 12.
The sealed space 3 is filled with a reducing member 8, and the reducing member 8 is one of carbon (C), boron (B), zirconium (Zr), and hafnium (Hf) as a reducing agent. Or a plurality of elements are contained.
The reducing member may be in the form of a mutual compound (ZrC, HfB ₂ etc.) of these reducing agents, or in the form of a compound (WC, BN etc.) with other elements other than the reducing agent. May be. Thus, by setting it as the form of a compound, chemical stabilization is achieved and there exists an advantage that it is excellent in the handling surface.

実際に充填される還元部材８の形態としては、例えば、炭素棒を短く切断したものや、ホウ素の棒状物、ジルコニウム・ワイヤ等の固形物が挙げられる。又は、炭素（Ｃ）粉末、ホウ素（Ｈ）粉末、タングステンカーバイト（ＷＣ）粉末、ホウ化タングステン（ＷＢ）粉末、あるいは、水素化ジルコニウム（ＺｒＯ_２・ｎＨ_２Ｏ）粉末等の粉末体を前記密閉空間３内に充填した後プレスピンで加圧し、軽く押し固めたものを用いることもできる。
なお、密閉空間３の位置および軸方向長さは、その内部に充填される還元部材８が、酸化トリウムとの還元反応を起こすに足るだけの温度領域にあるように選択される。 Examples of the form of the reducing member 8 to be actually filled include, for example, a carbon rod cut short, a solid rod such as a boron rod, and a zirconium wire. Or a powder body such as carbon (C) powder, boron (H) powder, tungsten carbide (WC) powder, tungsten boride (WB) powder, or zirconium hydride (ZrO ₂ .nH ₂ O) powder. It is also possible to use a material that is filled in the sealed space 3 and then pressed with a press pin and lightly consolidated.
The position and the axial length of the sealed space 3 are selected so that the reducing member 8 filled therein is in a temperature region sufficient to cause a reduction reaction with thorium oxide.

図５に示す実施例では、陰極１の全体がトリエーテッドタングステンで構成されているが、図２以下の実施例と同様に、先端部１２のみを酸化トリウムが含有されたトリエーテッドタングステンとする構造としてもよい。
図６にその構造が示されていて、陰極１の先端部１２にのみ酸化トリウムが含有されており、本体部１１は酸化トリウムが含まれない純タングステンで構成されている。そしてこの実施例では、先端部１２の内部に密閉空間３が形成されていて、その内部に還元部材８が充填されている。
勿論、この実施例においても、図５の実施例と同様に、先端部１２と本体部１１にかけて密閉空間３を形成するようにしてもよい。 In the embodiment shown in FIG. 5, the entire cathode 1 is made of triated tungsten. However, as in the embodiments shown in FIG. 2 and the subsequent drawings, only the tip portion 12 is made of triated tungsten containing thorium oxide. It is good.
FIG. 6 shows the structure thereof. Thorium oxide is contained only in the tip 12 of the cathode 1, and the main body 11 is made of pure tungsten containing no thorium oxide. In this embodiment, the sealed space 3 is formed inside the distal end portion 12, and the inside thereof is filled with the reducing member 8.
Of course, in this embodiment as well, as in the embodiment of FIG. 5, the sealed space 3 may be formed between the tip portion 12 and the main body portion 11.

上記の図５、図６の実施例においては、密閉空間３が、陰極１の酸化トリウムが含有された領域に対応する位置に形成されたものが示されているが、密閉空間３は酸化トリウムが含有された領域に隣接して配置されていても、該密閉空間３内の還元部材８による還元作用は有効に機能するものであり、そのような実施例が図７に示されている。
図７において、密閉空間３は、酸化トリウムを含有しない本体部１１に上端開放の有底孔を形成し、この本体部１１に酸化トリウムを含有する先端部１２を接合することで形成されている。こうすることで、密閉空間３は酸化トリウムが含有された領域、即ち、先端部１２に隣接して位置されることになる。
この密閉空間３内に還元部材８を充填することで、先端部１２に含まれる酸化トリウムに有効に作用して還元反応は充分に機能する。 5 and 6, the sealed space 3 is formed at a position corresponding to the region containing the thorium oxide of the cathode 1, but the sealed space 3 is formed of thorium oxide. Even if it is arranged adjacent to the region containing, the reducing action by the reducing member 8 in the sealed space 3 functions effectively, and such an embodiment is shown in FIG.
In FIG. 7, the sealed space 3 is formed by forming a bottomed hole having an open upper end in a main body portion 11 that does not contain thorium oxide, and joining a front end portion 12 containing thorium oxide to the main body portion 11. . By doing so, the sealed space 3 is positioned adjacent to the region containing thorium oxide, that is, the distal end portion 12.
By filling the closed space 3 with the reducing member 8, it effectively acts on thorium oxide contained in the tip 12 and the reduction reaction functions sufficiently.

更には、密閉空間３は、酸化トリウムを含有する領域、即ち、先端部１２に対して近接配置されている形態であってもよい。このような実施例が図８、９に示されている。
図８において、密閉空間３は、本体部１１に形成された有底孔の上部をタングステン製の蓋部材９で密閉することによって形成されている。こうすることで、密閉空間３は、先端部１２と近接する位置に形成される。
そして、この密閉空間３に還元部材８を充填することで、先端部１２に含まれる酸化トリウムに有効に作用して還元反応は充分に機能する。 Furthermore, the sealed space 3 may be in the form of being disposed close to the region containing thorium oxide, that is, the distal end portion 12. Such an embodiment is shown in FIGS.
In FIG. 8, the sealed space 3 is formed by sealing the upper part of the bottomed hole formed in the main body 11 with a lid member 9 made of tungsten. By doing so, the sealed space 3 is formed at a position close to the distal end portion 12.
Then, by filling the closed space 3 with the reducing member 8, it effectively acts on thorium oxide contained in the tip 12 and the reduction reaction functions sufficiently.

また、密閉空間３は、図１〜４のように陰極芯線４を用いて形成することもできる。
図９において、本体部１１に、底面側に開口する有底孔を設け、この有底孔に後方から陰極芯線４を挿入する。これにより密閉空間３が形成され、この密閉空間３は、酸化トリウムを含有する先端部１２とは近接して位置することになる。この密閉空間３内に還元部材８を充填することで、先端部１２に含まれる酸化トリウムに有効に作用して還元反応は充分に機能する。 Moreover, the sealed space 3 can also be formed using the cathode core wire 4 as shown in FIGS.
In FIG. 9, a bottomed hole that opens to the bottom side is provided in the main body 11, and the cathode core wire 4 is inserted into the bottomed hole from the rear. As a result, a sealed space 3 is formed, and the sealed space 3 is positioned in the vicinity of the tip portion 12 containing thorium oxide. By filling the closed space 3 with the reducing member 8, it effectively acts on thorium oxide contained in the tip 12 and the reduction reaction functions sufficiently.

以上のように、陰極１の内部に形成される密閉空間３は、図１〜６の実施例に示すように、酸化トリウムが含有された領域に形成されていてもよいし、あるいは、図７に示すように、酸化トリウムが含有された領域に隣接した領域に形成されていてもよいし、更には、図８、９に示すように、酸化トリウムが含有された領域と近接して位置するように形成されていてもよい。
なお、図５〜９の実施例においても、図１〜４の実施例と同様に、陰極１の先端側の外表面に炭化タングステンからなる外表面炭化層を形成してもよい。こうすることにより、特に、点灯初期おいて良好な点灯性がもたらされる。 As described above, the sealed space 3 formed inside the cathode 1 may be formed in a region containing thorium oxide, as shown in the embodiment of FIGS. As shown in FIG. 8, it may be formed in a region adjacent to the region containing thorium oxide, and further, as shown in FIGS. 8 and 9, it is located close to the region containing thorium oxide. It may be formed as follows.
5 to 9, similarly to the embodiments of FIGS. 1 to 4, an outer surface carbide layer made of tungsten carbide may be formed on the outer surface on the tip side of the cathode 1. By doing so, a particularly good lighting performance is brought about especially at the beginning of lighting.

図６の実施例に基づく陰極構造の一数値例を挙げると以下のとおりである。
＜本体部＞
材料：カリウム（Ｋ）ドープタングステン
胴径：φ１０ｍｍ
＜先端部＞
材料：２ｗｔ％トリタン
厚さ：６ｍｍ
＜全体＞
全長：１７ｍｍ
先端テーパー角：４０度
＜密閉空間＞
直径：φ１．４ｍｍ、長さ３ｍｍ
＜還元部材＞
直径：φ０．５ｍｍ、長さ３ｍｍ、４本
材質：純カーボンの棒、炭素の濃度１００％ A numerical example of the cathode structure based on the embodiment of FIG. 6 is as follows.
<Main body>
Material: Potassium (K) doped tungsten Body diameter: φ10mm
<Tip>
Material: 2wt% Tritan Thickness: 6mm
<Overall>
Total length: 17mm
Tip taper angle: 40 degrees <sealed space>
Diameter: φ1.4mm, length 3mm
<Reducing member>
Diameter: φ0.5mm, Length 3mm, 4 Materials: Pure carbon rod, carbon concentration 100%

図６の構造の陰極の製作方法を説明する。
（１）トリエーテッドタングステンからなる先端部１２の底面に有底穴を形成し、接合部の表面研磨および洗浄の後、還元部材８を充填する。この還元部材８には、タングステンと炭素の化合物又は固溶体を用いることができる。
（２）タングステンからなる本端部１１と、前記先端部１２を拡散接合などにより接合する。これにより還元部材８が充填された密閉空間３が形成される。
（３）陰極先端を切削加工してテーパー形状とする。 A method of manufacturing the cathode having the structure shown in FIG. 6 will be described.
(1) A bottomed hole is formed in the bottom surface of the tip portion 12 made of triated tungsten, and the reducing member 8 is filled after surface polishing and cleaning of the joint portion. For the reducing member 8, a compound or solid solution of tungsten and carbon can be used.
(2) The main end portion 11 made of tungsten and the tip end portion 12 are joined by diffusion bonding or the like. Thereby, the sealed space 3 filled with the reducing member 8 is formed.
(3) The cathode tip is cut into a tapered shape.

本発明の効果を実証するために行った実験例を説明する。
＜本発明＞
上記段落００２６で説明した陰極を用いて以下の仕様のショートアーク型放電ランプを作製した。
発光管：材質石英ガラス、最大内径８０ｍｍ
陽極：材質タングステン、外径２９ｍｍ、軸方向長さ４０ｍｍ
電極間距離：７．５ｍｍ
定格電力：７ｋＷ
＜比較例＞
陰極外表面のみに炭化層が形成され、陰極内部に密閉空間および内表面炭化層が形成されていない陰極を用いて、同仕様のショートアーク型放電ランプを作製。 An experimental example performed to demonstrate the effect of the present invention will be described.
<Invention>
Using the cathode described in paragraph 0026 above, a short arc discharge lamp having the following specifications was produced.
Arc tube: Material quartz glass, maximum inner diameter 80mm
Anode: Material Tungsten, outer diameter 29 mm, axial length 40 mm
Distance between electrodes: 7.5mm
Rated power: 7kW
<Comparative example>
A short arc type discharge lamp of the same specification is manufactured using a cathode in which a carbonized layer is formed only on the outer surface of the cathode and no sealed space or inner surface carbonized layer is formed inside the cathode.

これらのランプを電圧が４４Ｖ、電流が１６０Ａの条件で点灯し、フリッカーが発生するまでの時間を測定するとともに、点灯後照度維持率が８５％になるまでの経過時間を測定した。
その結果、本発明においては、フリッカー発生までの時間が７５０時間であり、また、照度維持率が８５％になるまでの経過時間は６００時間であった。ここでいうフリッカーは、アークプラズマの不安定性に起因しているから、そのランプ電圧変動を指標とし、ランプ電圧変動が平均ランプ電圧の１．２％を超えるとフリッカーと定義した。
これに対して、比較例では、フリッカー発生時間が５５０時間であり、照度維持率が８５％になるまでの経過時間は５００時間であった。 These lamps were lit at a voltage of 44 V and a current of 160 A, and the time until flickering was measured, and the elapsed time until the illuminance maintenance rate after lighting was 85% was measured.
As a result, in the present invention, the time until flicker generation was 750 hours, and the elapsed time until the illuminance maintenance ratio reached 85% was 600 hours. The flicker here is caused by the instability of the arc plasma. Therefore, the fluctuation of the lamp voltage was used as an index, and the flicker was defined as the fluctuation of the lamp voltage exceeding 1.2% of the average lamp voltage.
In contrast, in the comparative example, the flicker occurrence time was 550 hours, and the elapsed time until the illuminance maintenance rate reached 85% was 500 hours.

以上の結果から明らかなように、本発明に係るショートアーク型ショートアーク型放電ランプによれば、フリッカーが発生するまで７５０時間と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、比較例に係るショートアーク型ショートアーク型放電ランプにおいては、点灯後５５０時間でフリッカーが発生し、比較的短期間で不安定となった。これは、先端部の外表面炭化層で還元されたトリウムが点灯時間と共に減少し、これにより、ランプの点灯中において、炭化層から先端部に十分にエミッター物質であるトリウムが供給されなかったためと考えられる。
一方、本発明ランプでは、陰極内に還元部材として内表面炭化層を有するため、この炭化層で還元されたトリウムが陰極先端に供給され続けた結果と考えられる。 As apparent from the above results, it was confirmed that the short arc type short arc type discharge lamp according to the present invention achieves a stable lighting state for a long period of 750 hours until flicker occurs.
On the other hand, in the short arc type short arc type discharge lamp according to the comparative example, flicker occurred 550 hours after lighting, and became unstable in a relatively short period. This is because thorium reduced by the outer surface carbonized layer at the tip decreases with the lighting time, so that thorium as an emitter material is not sufficiently supplied from the carbonized layer to the tip during lamp operation. Conceivable.
On the other hand, in the lamp of the present invention, since the inner surface carbonized layer is provided as a reducing member in the cathode, it is considered that thorium reduced by the carbonized layer is continuously supplied to the tip of the cathode.

以上のように、本発明によれば、陰極内部に形成した密閉空間に還元部材を設けたので、陰極内部に含有された酸化トリウムが密閉空間内の還元部材により還元され、これにより生成されたトリウムが先端面に供給されてくることで、陰極先端面でのトリウムの枯渇を防止することができて、長時間にわたり、チラツキが発生することがないものである。
また、陰極の外表面に炭化層を形成することで、特に、初期点灯時における点灯性が良好であり、この外表面炭化層による還元作用で生成するトリウムが減少してきても、前記した内部の還元部材による還元作用によりトリウムが陰極先端面に継続供給されるものである。 As described above, according to the present invention, since the reducing member is provided in the sealed space formed inside the cathode, thorium oxide contained in the cathode is reduced by the reducing member in the sealed space, and thus generated. By supplying thorium to the front end surface, depletion of thorium on the front end surface of the cathode can be prevented, and flicker does not occur for a long time.
Further, by forming a carbonized layer on the outer surface of the cathode, the lighting performance at the time of initial lighting is particularly good, and even if thorium generated by the reduction action by this outer surface carbonized layer is reduced, Thorium is continuously supplied to the cathode tip surface by the reducing action of the reducing member.

１陰極
１ａ先端テーパー部
１ｂ先端面
１１本体部
１２先端部（酸化トリウム含有）
２外表面炭化層
３密閉空間
３１大径部
３２小径部
３２ａ最先端部
４陰極芯線
５内表面炭化層（還元部材）
６ゲッター材
７円周溝（ヒートダム）
８還元部材
９蓋部材

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cathode 1a Tip taper part 1b Tip surface 11 Body part 12 Tip part (Thorium oxide containing)
2 Outer surface carbonized layer 3 Sealed space 31 Large diameter portion 32 Small diameter portion 32a Most advanced portion 4 Cathode core wire 5 Inner surface carbonized layer (reducing member)
6 Getter material 7 Circumferential groove (heat dam)
8 Reducing member 9 Lid member

Claims

In a short arc type discharge lamp in which a pair of a cathode and an anode are opposed to each other inside the arc tube, and the cathode contains thorium oxide.
The cathode contains thorium oxide at least at a part on the tip side,
Inside the cathode, a sealed space is formed in a region containing at least thorium oxide, or a region adjacent to or close to this, and a reducing member is provided in the sealed space,
The cathode comprises a tip portion containing thorium oxide and a main body portion not containing thorium oxide,
The short arc type discharge lamp , wherein the sealed space is formed at least at the tip .