201236048 四、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（2)圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 20〜陰極； 2 2〜主體部； 23S〜陰極前端面； 24~燒結層（燒結體） 26~密度傾斜層（層） 21〜陰極本體； 23〜陰極前端部； 23T〜陰極錐狀面； 2 5 ~凹部； Q S〜間隙。 五、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 無。 六、 發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於在發光管内設置電極之放電燈管，特別是 關於電極前端部分的構造及其製造方法。 【先前技術】
2 1)。 201236048 將前述粉末壓入前端部而與電極一體燒姓 %、、、Q的方法，是 以抑制發射體蒸發及容易製造陰極為目的所 琨仃。與電極 一體燒結的處理，以鍛造處理（swage treatment)進- [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]特許第3269408號公報（參考段落 [0019]等） 【發明内容】 【發明所欲解決之問題】 專利文獻1中’未進行因考量燒結體的密度分布所作 的混合粉末的加壓插入。因此在燒結體内部有局部產生高 密度的區域的一方，而低密度區域部分存在，密度變化急 遽。一般而言，在電極前端面附近形成非常高密度的一方， 在凹部底面附近則不規則地散在有低密度的部分。 因此，在燈管點燈中，發射體的供給在低密度部份被 阻斷，恐怕不能平順地供給發射體於陰極前端部。又，從 低密度部分過剩地供給發射體，使發射體的擴散減少，會 縮短燈管的壽命。 另一方面，由於整體的密度分布不均，電極前端部的 電極強度不足，電極容易變形。而且，在點燈中電極前端 部變成高溫的結果，高密度部分容易熱變形，恐會破壞電 極強度的平衡。 如此’對於含有發射體的電極，必須具有穩定的發射 3 201236048 體供給及具備穩定強度的電極構造。 【解決問題之技術手段】 巴彷风冤容器及設置於該放電容 尽發明之放電燈管 器内的-對電極，至少一電極(例如陰極)在前端部具有含 有電子放射物質的燒結體。例如，電極形狀具備有圓柱狀 的主體部分及錐狀(taper)面的前端部，燒結體的一部份形 成在相對另-電極而部分露出的狀態下沿著電極軸的構造 :。由於電子放射物質在前端部成為高密纟，因此在電極 前端部可形成平面。 本發明中，燒結體以密度從電極前端側向電極後端側 減少，形成密度傾斜化。此處的傾斜化意指「空Μ中從一個 機能、特性連續地或階段地變化成其他機能、特性的一體 材料」（參考「傾斜機能材料的技術展開」（上村誠一他編 集 ’ CMC PubHshing C0. Ltd.，2〇〇3年 1〇月 31 日發行） 等），本發明之燒結體具有連續的密度梯《，構成特性（電 子放射物質的供給特性 '強度等）連續性的變化。 不同於習知的電極構造，即密度不均的電極構造，或 者具有電子放射物質的濃度(比例)在電極後端側增高的濃 度梯度之電極才鼻ii，本發明具有燒結體㈣密度連續變 化，而且是具有從電極前端側向電極後端側的方向，連續 地減少的密度分布。 由於不規則的低密度區域或高密度區域等產生急遽的 密度變化的部分不存在燒結體内部，因此燈管點燈中，沒 有電子放射物質（發射體）終止的事情，穩定地供給於電極 201236048 前端。P X燒結體具有連續、穩定的密度分布之構造因 此電極前端部的強度維持良好的平衡。 社考量電子放射物質的穩定供給、電極的耐溫度性能， 燒結體^例如鹼金屬系氧化物等所形成的電子放射物質及 。·等的阿炫點金屬之結晶體所構成。關於燒結體的生成， :將含有電子放射性物f㈣末等壓縮，與電極一體燒 :吉’或者先燒結粉體的壓縮體，將燒結體埋設於電極前端 的方法。如果 構造的❹ 續的密度變化、確保電極 、強度，較佳將壓縮體與電極一體燒結。 體二:將含有電子放射物質的粉末之;縮體與電極-等錢結體者為佳。例如，將含有電子放射物質 心末，壓縮插入電極前端部的凹部’之後與電極一體 燒、、〇成形者為佳。 :結體可為全體密度傾斜化的單層構造，或者 由複數層所構成的層積構造。 … A 為了使發射體穩定供給、電 此：=的強度提升：較佳採用重疊複數層的層積構造。 部減U母層的密度從電極前端部向電極後端 物質層構成燒結*的情形，較佳為層積化電子放射 金屬粉末的現合粉末。壓縮後燒： 开-為，將混合粉末各以特定 ^ ^ 燒結層積化了的粉末。c插入前端部的凹部， 在各層中均質分布，形成任：子放射物質及高溶點金屬 度者為佳。 丨任一方的物質皆不會產生濃度梯 201236048 或者也可將由電子放射物質粉末所形成的層與由高熔 點金屬粉末所形成的層交互層積，構成燒結體。如果考慮 使電極前端部的強度增加，由高熔點金屬粉末所形成的層 厚度，在遠離電極前端側的方向，相較於由電子放射物質 粉末所構成的層，形成相對較小者為佳。另一方面，在電 子放射物質集中於前端部的情形時，由高溶點金屬粉末所 形成的層厚度，在遠離電極前端側的方向，相較於由電子 放射物質粉末所構成的層，形成相對較大者為佳。 燈管點燈中’電極前端部變得高溫而容易發生熱變 2考置防止因熱膨脹的歪斜，較佳在燒結體的各層之間 D又置有間隙。在將上述之粉末壓縮插人每層的情形時，層 與層之間可形成間隙。
電極後端側連績減少地傾斜化。
，將含有電子放射 兩者之混合粉末申 6 201236048 的至少1種粉末’壓縮插入至形成於電極元件的前端部之 凹部，在壓縮插入了粉末的狀態下燒結電極元件。特徵在 於，在壓縮插入時’為使粉末的燒結體密度從電極前端側 向電極後端側連續減少，以指定的壓縮力對粉末加壓，以 指定的時間間隔重複數次。 陰極前端部通常體積小，難以壓縮插入粉末。例如， 電極體積小、電極間隔短的小型短弧型放電燈管（電極門 隔：約3ππη)的情形，形成於電極前端部的凹部直徑變得微 小（約0. 7mm~10nnn)。本發明中，藉由重複進行數次的壓入 粉末’以形成燒結體的密度梯度。粉末也可由電子放射物 質、高熔點金屬的混合粉末依層積化所指定的厚度依序壓 縮處理，或者也可分別壓縮電子放射物質的粉末、高熔點 金屬的粉末，進行層積化。 壓縮力、時間間隔、壓縮次數可依電極體積' 粉末粒 徑等而決定。例如，指定的壓縮力為i 51Mp A工，加壓期 間為1秒以下，指定時間間隔為〇. U秒的範圍内，因此’ 加壓的重複次數可設定在20次以上。燒結方法可例如以放 電電漿燒結進行燒結。 根據本發明，可提供穩定的發射體擴散、穩 【實施方式】 以下敘述參照圖式說明本發明之實施形態。 第1圖為第1實施形態之短弧型放電燈管的概 Β^剖面 201236048 短弧型放電燈管10具備透明石英玻璃製的發光管 12 ’在發光管1 2内對向設置具有特定間隔的陰極2〇 '陽 極30。發光管12的兩側有石英玻璃製的密封管丨3A、丨3B， 與發光管12連續設置，一體形成。發光管12内封入水銀 及氬氣等惰性氣體。
密封管13A、13B的内部，設置有支持陰極2〇、陽極 30的導電性電極支持棒1 7A、1 7B。電極支持棒1 μ、1 7B 分別經金屬箔16A、16B與導電性的導線棒丨5A、丨5B連接。 密封管13A、13B分別與金屬箔16A、16B熔融連接，藉此 密封發光管12，其兩端以金屬蓋！ 9A、i 9β塞住。 導線棒15A' 15B連接至外部電源（圖中未顯示），透過 導線棒15A、15B供給陰極2〇、陽極3。電力。在陰極2。、 陽極30之間施加電壓時’陰極2〇、陽極3〇之間發生電弧 放電，向發光管12的外部放射出光。 第2圖為沿著電極軸的陰極之部分剖面圖。 陰極20為在電極本體21 一體 一體具備含發射體（電子放射
8 201236048 沿著電極軸E延伸的燒結層24,形成由複數層所構成 的層積構&各層26由鎢⑺等的高熔點金屬粉末、及以 氧化類&化敍等的驗金屬系氧化物為成分之發$胃n 混合的混合粉末’經燒結成形所構成。各層26的厚度約為 固定。 燒結層24的各層26中’其燒結體的密度從電極前端 面23S向電極本體21的後端側呈傾斜化。詳細地說，各層 26的密度沿著電極軸E連續地下降，其變化率形成固定的 刀布(以下私各層為密度傾斜層）。密度傾斜層Μ的内部， 高炼點金屬、發射體形成大約均質混合的結晶構造。又相 鄰的層之間’存在微小間隙QS。燈管點燈開始時，燒结層 24内的發射體向前端面23S擴散。 g 說明此述陰極20的製造步驟。首先，使用球磨機等混 合發射體粉末及高炫點粉末，將混合粉末以指定量插入每 凹部25，經壓縮處理的混合粉末層進行階段性的層積。 各層的壓縮處理可設定對混合粉末的1次壓縮的力量 (壓縮力）、1次加壓期間、加壓的時間間隔、及加壓的重 覆次數’但是可依據混合粉末的密度連續變化而設定，可 根據凹部25的體積、高熔點金屬粉末及發射體粉末的粒徑 定。例如凹部25的直徑為約〇 7mm~1〇mm的情形時， 又定壓縮力為50N(使用直徑〇. 65mm的針壓縮時，相當於 151MPa)以上，1次壓縮期間為1秒以下（例如〇. 1秒），壓 縮時間間隔(頻率)為〇."秒的範圍内，因此&缩重複次 數可設定為20次以上。 201236048 密度傾斜層26的厚度，考量達到密度的連續變化及減 少總壓縮步驟次數（積層數）等，設定為2mm以下。每層進 行壓縮處理後，進行燒結處理。作為燒結處理，可能發生 電弧放電過熱'高周波加熱或放電電漿燒結（sps)等的擴散 接合，在1 000 C以上的高溫及惰性氣體氛圍氣下進行燒結 處理。 根據此述本實施形態，放電燈管1〇具備在電極前端部 23設置由複數個密度傾斜層26所構成的燒結層24之陰極 20。燒結層24經由氧化鋇等發射體粉末及鎢等高熔點金屬 粉末的混合粉末階段地壓縮插入陰極2〇的凹部25，之後 經SPS -體燒結所形成。各層中燒結體形成密度傾斜化， 其密度從電極前端側向電極後端側連續減少。 燒結體的密度傾斜化，亦即，大約固定的密度梯度， 低密度、高密度區域沒有不規則、部分地分散。因此，燈 管點燈中，可抑制發射體的擴散減少、防止發射體的供給 突然終止。 又，由於層積從高密度向低密度連續變化的壓縮層而 成形燒結體，因此防止燒結層全體的強度平衡偏向一方， 維持電極前端部的強度平衡良好4述構成可防止燈管點 燈中因熱膨脹的電極變形’㈣即使成為高溫狀態，電極 前端部的強度平衡可穩定地維持。再者，各燒結層中發射 體或高熔點金屬不產生濃度梯度，兩方物質經大約均質地 混合而使電極前端部的強度更為穩定。 又相鄰的層之間產生間隙Qs，因此燈管點燈中，電極 10 201236048 刖端部在軸方向形成熱膨脹之時，間隙QS吸收膨脹，可防 止燒結層被壓出。又也可藉由間隙防止伴隨熱膨脹的發射 體過剩流出》 各燒結層的厚度可根據使密度連續變化而充分壓入混 〇叙末之條件任意設定。以各層的厚度設為Η，凹部直徑 。又為D時，較佳為滿足其比值H/D為3以下3)之關 係所設定之厚度為佳。 其次，以第3圖說明第2實施形態之放電燈管。第2 實施形態將構成發射層的高熔點金屬粉末與發射體粉末分 別層積。除此之外，其餘構成實質上與第丨實施形態相同。 第3圖為第2實施形態之放電燈管的陰極剖面圖。 陰極120為在陰極本體12ι 一體埋設燒結層124之電 極》燒結層1 24為由鎢等高熔點金屬粉末所燒結生成的層 126A、與由氧化鋇等鹼金屬系氧化物粉末所燒結生成的發 射層126B交互層積的構造所構成。各層内部’與第i實施 形態相同，金屬密度呈現傾斜化。亦gp，密度由電極前端 部向遠離的方向連續地減少。 高熔點金屬層126A的電極之軸方向的厚度比發射層 126B的厚度大。高熔點金屬層126A的電極之軸方向的厚 度、發射層1 26B的厚度分別固定地形成。 陰極120的製造步驟為’將高熔點金屬粉末直接加壓 插入凹部’之後在其上方加壓插X發射體粉末。^複進行 此等步驟後，進行燒結處理，形成如第3圖所示之燒結層。 此述金屬粉末的種類每一種即使進行層積化及密度傾 11 201236048 斜化，點燈中的發射體的擴散持續，可防止電極變形。 其次，以第4圖說明第3實施形態之放電燈管。第3 實施形態中改變高熔點金屬層的厚度。除此之外，其餘構 成實質上與第2實施形態相同。 第4圖為第3實施形態之放電燈管的陰極剖面圖。陰 極120’為燒結層124’在陰極本體121’ 一體成形者。燒 結層124’為高熔點金屬層126A’與發射層126B，交互層 積的構造。 鎢等高熔點金屬層126A’在接近電極前端部的一方厚 度大。結果使電極前端面附近的強度增加。另一方面，由 於佔據發射層的底部的比例大’因此燈管啟動時發射體的 擴散容易變廣。 其次，以第5圖說明第4實施形態之放電燈管。第4 實施形態中高熔點金屬層向底部的_方變厚。除此之外， 其餘構成實質上與第3實施形態相同。 第5圖為第4實施形態之放電燈管的陰極剖面圖。陰 極120’ ’為燒結層124’ ’在陰極本體121’ ’ 一體成形 者。高溶點金屬層126A’ ’在從電極前端部遠離的一方厚 度大。結果為在前端附近發射層12 6 ’’所佔的比例變大， 充分供給發射體。 其次，以第6圖說明第5實施形態之放電燈管。第5 實施形態中以單一層形成燒結層。除此之外，其餘構成實 質上與第1實施形態相同。 第6圖為第5實施形態之放電燈管的陰極剖面圖。陰 12 201236048 極220的前端部形成發射體燒結層224。燒結層224為單 一層，非層積構造，由高熔點金屬粉末與發射體粉末的混 合粉末加壓插入電極前端部，經燒結而生成。 發射體燒結層224中，高熔點金屬、發射體均質混合， 其密度隨著遠離電極前端面連續地減少。此述電極構造與 第1實施形態相同，可實現發射體穩定的供給、防止電極 變形。 如果可確保電極的強度，也可以將發射體粉末先形成 密度傾斜化而進行壓縮處理、燒結，將燒結者埋設於電極 前端部。X ’也可使用除SPS燒結以外的燒結方法。發射 體粉末也可為來自鹼金屬系氧化物以外的物質之粉末，又 也可使用Μ外的高炫點金屬。燒結體的構造也可為形成 發射體擴散路徑的結晶構造。 電極則端部也可為不形成前端部的圓錐狀。又不僅陰 極，對於陽極或兩電極，也可以埋設燒結體。而且也可適 用除小型以外的短弧型放電燈管。 [實施例1] 、下以第7〜9圖說明實施例之放電燈管。此處，製 造如第1實施形態所示之埋設層積狀的燒 行點燈實驗。 /施例之放電燈管設定為封入電力5瞻的水銀及封 入-的小型放電燈管，設定電極間距 3龍’燒結層直徑—陰極及陽極直徑-。 陰極的製造’準備發射體粉末及鶴粉末使之混合。鎢 13 201236048 粉末為1 0以m粒經、j ,, m n- 以m粒徑、lM m粒徑的粉末分別以 重量HO重量%、1〇重量%混合。發射體粉末為眺、 ⑽一，3分別以h8莫耳、〇2莫耳、2。莫耳、 U莫耳的比例混合的粉末’在刚㈠瞻下燒成後進 行粉碎處理。兩者皆使用球磨機昆合。 隋性氣體氛圍氣保存的鎢粉末與發射體粉末分別以 9〇重量%，重量%的比例使用球磨機等混合。之後在形成 於圓柱狀電極元件的前端面之凹部壓縮插入混合粉末。 塵縮流程設定1次壓縮力為3_(使用直徑〇.65錢針 壓縮時，相當於9〇4ΜΡί^，pq ， MPa)間隔1秒以壓入機壓約〇 i秒。 此加Μ重複進行約1〇〇次 將形成混合粉末的密度傾斜化 的層進行層積化。以各層厚度形成約㈠咖進行層積化。 壓縮處理後，名〗（1(1<1。广JL r. 在1〇〇〇C左右進行約10分鐘、在惰性 氣體氛圍氣下的燒結處理。此處以習知之放電電衆燒結方 法進行燒結處理。 第7圖為顯示實施例中燒結層内部的發射體與鶴的分 布之圖。帛8圖為顯示燒結層的顯微照相圖。第9圖為顯 不燒結層的高密度部分與低密度部分之第8圖的放大昭 片。 ’’、、 第8圖所示之燒結層’左側為電極前端面側，從右側 的層依序壓縮插人混合粉末，進行燒成。密度大的一方以 亮度高的畫素表示。各密度傾斜層中，亮度高的部分存在 電極前端側，亮唐错矮# #，+ # t ^ H緩地降低，在電極底部側（後端側）的 冗度變低0因此可知，浓φ权& . J ^莕度仗電極前端面向底部連續減少。 14 201236048 第7圖顯示密度傾斜層内部的鎢、發射體的佔有比 例。橫軸表示整個影像的灰階（0〜255^縱軸表示各亮度程 度的晝素總數，相當於對整個影像的佔有比例。可知密度 傾斜層的上層部、下層部中，鎢、發射體大約均質地存在。 又下層部比上層部形成發射體擴散路徑的空隙相對較多， 確認下層部的密度低。 第9圖顯示相鄰的2個層的交界部份的放大照片。如 第9圖所示’確認混合粉末經過壓縮插入後的燒結步驟， 產生層之間的間隙。 根據上述製造方法所製造的放電燈管進行點燈實驗， 在經過1 500小時點燈後’仍抑制陰極前端部的變形。又測 定波長248nm的光照度的結果，可得70%的維持率。 另一方面’在電極前端部一次插入混合粉末，只進行 1次壓縮處理而成形未具有密度傾斜化的燒結體之陰極的 情形’在經過1 500小時點燈後，只能達到50%的維持率。 在電子顯微鏡下調查電極前端部的内部構造（此部分圖式 未顯示），電極前端部的燒結體密度不均一地分布，產生不 規則的大空隙，可知密度變化急遽。 [實施例2 ] 以第10圖說明實施例2的放電燈管。此處，計算燒名士 體層各層厚度改變時的壓縮率。 第10圖為顯示進行壓縮處理時改變混^合粉末的填充 量時的壓縮率。壓縮率由粉末壓縮插入後的厚度計算。第 10圖顯示壓縮力改變為500N、300N、100N時的壓縮率。 15 201236048 燒結體的體積與實施例1者相同，設定燒結層長度3mm、 燒結層直徑lmm。 如第10圖所示’證實各壓縮力中，如果層的厚度為 2. Omm以下，壓縮率相對地增加。 【圖式簡單說明】 第1圖顯示第1實施形態之短弧型放電燈管的概略剖 面圖。 第2圖顯示沿著電極軸的陰極的部分剖面圖。 第3圖顯示第2實施形態之放電燈管的陰極剖面圖。 第4圖顯示第3實施形態之放電燈管的陰極剖面圖。 第5圖顯不第4實施形態之放電燈管的陰極剖面圖。 第6圖顯示第5實施形態之放電燈管的陰極剖面圖。 第7圖顯示實施例1之燒結層内部的發射體及鶴的分 布。 第8圖顯示燒結層的顯微照相圖。 第9圖肖示燒結層#高密度部分與低密度部分之第8 圖的放大照片。 第10圖顯示在壓縮處理時，改變混合粉末的填充量之 時的壓縮率。 【主要元件符號說明】 10〜短弧型放電燈管； 12~發光管； 16 201236048 13A > 13B- -密封 管； 15A 、15B~ -導線棒； 16A 、16B- -金屬 箔； 17A 、17B- -電極 支持棒； 19A 、19B- -金屬 蓋； 20, 120, 120’ ，120’ ’ ,220〜陰極； 21, 121, 121’ ，121， ’ 〜陰極本體； 22〜主體部； 23~陰極前端部； 23S〜陰極前端面； 23T〜陰極錐狀面； 24，124，124’ ，124’ ’，224 〜燒結層（燒結體）； 2 5〜凹部； 2 6〜密度傾斜層（層）； 3 0〜陽極； 126A，126A’ ，126A’ ’〜高熔點金屬層； 126B，126B’ ，126’ ’ 〜發射層； Q S ~間隙。