TW201415526A - 放電燈用陰極及其製造方法、放電燈 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種放電燈用陰極，為具有柱狀之本體部及楔形之前端部的放電燈用陰極，前述陰極的至少一部分包括鎢合金，其中釷成份以粒子狀分散，將釷成份以氧化物換算含有0.5~3.0wt%，於前述鎢合金，沿直徑方向斷面、側面方向斷面在300×300μm2之區域觀察鎢的結晶粒徑時，就直徑方向斷面而言，粒徑在1~100μm之範圍的鎢結晶粒子為90%以上，就側面方向斷面而言，粒徑在5~120μm之範圍的鎢結晶粒子為90%以上。

Description

放電燈用陰極及其製造方法、放電燈

本發明係關於一種具備由釷鎢合金所構成之陰極的放電燈，且特別是關於一種陰極的內部構造。

作為放電燈的電極材料，廣泛使用添加摻雜物之鎢合金。特別是釷鎢合金，由於其機械強度及耐熱性優越，故使用於放電燈用陰極(例如請參照特許文獻1)。

在氧化釷以粒子狀分散之釷鎢合金中，放電燈點燈時，氧化釷會被還原成為釷，而在陰極前端部作為輻射源(emitter)物質來供給。如此，帶來了電子放射的促進及電弧亮點的安定化。

又，將提升耐熱性、機械強度之結晶構造採用於鎢合金中。例如，使抑制粒徑之釷化合物粒子適度分散(參照特許文獻2)。或者，為了提升鎢電極線的耐衝擊性，而使表面附近之結晶粒子的粒徑相較於內部之結晶粒子的粒徑小(參照特許文獻3)。

另一方面，放電燈點燈時，若輻射源物質對於陰極前端部之供給能力低下，則電弧亮點會移動，產生不規則變異而使照度無法成為固定。為此，藉由使陰極前端部之結晶構造具有特徵，圖謀電子放射的安定化。

例如，將前端部至預定區域具有一次結晶、二次結晶化之組織構造的陰極成形(參照特許文獻4)。或者，限制前端部之結晶粒界的個數來成形結晶化之陰極(參照特許文獻5)。

[先行技術文獻]

[特許文獻]

特許文獻1：特開2008-192389號公報

特許文獻2：特開2002-226935號公報

特許文獻3：特開2005-15917號公報

特許文獻4：特開2000-223068號公報

特許文獻5：特開2003-132837號公報

為了照度安定化，有使輻射源物質經長期仍安定地供給的必要。在習知放電燈用陰極中，由此觀點則未必得到了適合的結晶構造。特別是在製造陰極本體部之直徑比較大之釷鎢合金所構成的陰極時，並未考慮適切的結晶構造。

因此，尋求特徵在於可實現放電燈點燈時釷的安定供給之結晶構造的釷鎢合金。

本發明之放電燈用陰極為具有柱狀之本體部及楔形之前端部的放電燈用陰極，陰極的至少一部分為釷成份以粒子狀分散，將釷成份以氧化物換算含有0.5~3.0wt%之鎢合金來構成。至少前端部以鎢合金來構成較佳。

本發明之陰極用放電燈可對於各種放電燈作為陰極來適用，特別可適用於封入惰性氣體且具有放電燈用陰極及放電燈用陽極對向配置之放電管的放電燈。放電燈的尺寸、形狀可為任意，特別是可適用於大出力之大型尺寸陰極。例如，使用設定本體部為10~30mm之範圍，前端部之夾角/楔形角度為40~120°(對電極軸之傾斜角度20~60°)之範圍的陰極。

作為電極，可將前端部及本體部共同以鎢合金來構成，亦可將前端部及本體部的一部份以鎢合金來構成。或者，亦可將為前端部之一部份而包含成為放電面之前端面的部分(以下稱為「前端側前端部」)以鎢合金來構成，將剩餘之本體側前端部以具有相異熱傳導率之金屬部件來成形，並將這些接合來構成陰極。

作為鎢合金，可將鎢粉末等藉由燒結處理來生成燒結體。特別是可將燒結體(鎢合金坯體)藉由最終加熱處理來使鎢成為再結晶化之組織構造。作為釷成份，例如可將釷氧化物之粒子分散。

在本發明中，其特徵在於肥大/粗大之鎢結晶粒於鎢合金中實質不存在的結晶構造。亦即，將於鎢合金之鎢結晶粒徑沿直徑方向斷面及側面方向斷面在300×300μm²之區域觀察時，就直徑方向斷面而言，粒徑在1~100μm之範圍的鎢結晶粒子為90%以上，就側面方向斷面而言，粒徑在5~120μm之範圍的鎢結晶粒子為90%以上。鎢粒子大小之測定手法有多種，例如可將鎢粒子之對角線長度作為粒徑來規定。在至少本體部之鎢合金具備具有這種特徵的結晶構造。亦可於前端部也至少 部份具備結晶構造。

定義這樣的特定方向、特定尺寸之區域來表示此區域內存在之粗大鎢結晶粒的比例，是規定粗大鎢結晶粒實質不存在的適當表現，而將本發明的特徵忠實地紀錄。以平均粒徑表現時，即使粗大鎢結晶粒存在比較多，若微細鎢結晶粒存在非常多，則平均粒徑仍會成為較小的數值，故無法適切表現粗大鎢結晶粒不存在。

更且，上述區域尺寸在以視為非粗大之鎢結晶粒的範圍(1~100、5~120μm)作為基準時，為具有可大略確實判斷粗大鎢結晶粒實質不存在之適度大小的尺寸，定義具有在此之上的尺寸之區域並沒有意義。另一方面，若定義較小尺寸之區域，則難以斷定粗大鎢結晶粒實質不存在。

更且，於一般電極製造步驟中，考慮以型鍛加工處理、拉線加工處理來經歷細徑化、軋延而設定陰極形狀、尺寸，作為二個斷面方向，規定了直徑方向及側面方向。這二個方向為互相正交的方向，藉由觀察這二個方向的斷面，可適切地識別原本三維的鎢結晶粒形狀、尺寸。

藉由像這樣採用使粗大鎢結晶粒不產生的結晶化構造，輻射源物質之安定供給成為可能，而使照度安定之放電燈出力的長期維持成為可能。特別是，可使本體部與前端部之溫度差異變廣，在防止輻射源在短期間內使用殆盡的同時，輻射源物質移動時也不會成為障礙。另一方面，在沿前端部之側面方向斷面區域中，存在最大直徑為300μm以上之鎢結晶粒亦可。藉此，前端部與本體部之溫度差異可進一步變廣。

鎢合金之側面方向於電極製造步驟中被拉伸的情況很多。因此，可使鎢結晶粒徑在關於直徑方向斷面之長寬比成為3未滿、關於側面方向斷面之長寬比成為3以上來結晶化。具有這種特性之鎢結晶粒會使輻射源物質向軸方向的移動平順。

即使在上述視為不粗大之鎢結晶粒中，尺寸較小之鎢結晶的比例越大，輻射源物質的安定供給、放電燈的長壽命化越成為可能。例如，就直徑方向斷面而言，粒徑在1~50μm之範圍的鎢結晶粒子為90%以上，就側面方向斷面而言，粒徑在5~60μm之範圍的鎢結晶粒子為90%以上較佳。此外，粒徑在1~20μm之範圍的鎢結晶粒子為90%以上，就側面方向斷面而言，粒徑在5~40μm之範圍的鎢結晶粒子為90%以上亦佳。

另一方面，於釷成份中也是，若粒徑比較小之釷成份粒子的比例大，則輻射源物質向前端部的移動也會變得容易。例如，使鎢合金中釷成份粒子之粒徑沿直徑方向斷面、側面方向斷面在300×300μm²之區域觀察時，就直徑方向斷面而言，粒徑在1~15μm之範圍的釷成份粒子為90%以上，就側面方向斷面而言，粒徑在1~30μm之範圍的釷成份粒子為90%以上為佳。

又，例如可使鎢合金之比重在17~19g/cm³之範圍內，或使鎢合金之表面硬度(HR)在55~80之範圍內。此外，可使鎢合金之表面粗糙度Ra為5μm以下。

另一方面，本發明其它態樣之放電燈用陰極之製 造方法，其特徵在於：調製第1粉末，為藉由將硝酸釷粉末加熱得到之氧化釷粉末及將氧化鎢粉末還原得到之金屬鎢粉末的混合粉末；調製第2粉末，為將氧化鎢粉末粒徑相異之氧化鎢粉末還原得到之金鎢粉末；混合第1粉末與第2粉末，作出釷成份以氧化物換算含有0.5~3.0wt%之鎢粉末。更且，藉由對鎢粉末實施燒結處理來形成柱狀燒結體，對燒結體實施在加工率30~80%之範圍經過複數回的型鍛加工及拉線加工處理。然後，對於藉由型鍛加工拉線加工處理所生成之鎢合金坯體，在1300~2900℃之範圍實施熱處理。

在習知陰極中，粗大鎢結晶粒存在比較多，故測定其比例時無法滿足如本發明之數值。這是因為於電極製造步驟中，雖然通常會實施型鍛加工、拉線加工處理等，但此時鎢合金會大大地在關於軸方向、直徑方向塑性變形，又，於成為加工處理對象之燒結體原料的鎢粉末調製步驟中，未以消去粗大鎢粒徑的方式來調製的緣故。特別是製造上述這樣大型尺寸的陰極時，粗大鎢結晶粒會多量地產生。

在本發明中，藉由分別準備粒徑相異之鎢粉末，在燒結體生成之階段抑制粗大鎢結晶粒產生。又，以最終成為上述加工率之範圍來重複複數回之加工處理，可具備具有作為電極之適度強度的結晶構造，且即使於加工處理步驟中塑性變形，也不會產生粗大鎢結晶粒。

具有這種結晶構造之特徵的鎢合金坯體具有上述結晶構造之特徵。亦即，將於鎢合金坯體之鎢結晶粒徑沿直徑方向斷面、側面方向斷面在300×300μm²之區域觀察時，就直徑 方向斷面而言，粒徑在1~100μm之範圍的鎢結晶粒子為90%以上，就側面方向斷面而言，粒徑在5~120μm之範圍的鎢結晶粒子成為90%以上。

若考慮確實地防止粗大鎢結晶粒發生，則在加工率為40~60%之範圍實施型鍛加工及拉線加工處理為佳。又，考慮使燒結體在關於直徑方向、軸方向一點一點地塑性變形，希望至少經過5回以上來重複進行型鍛加工及拉線加工處理。 例如，藉由在5~15回之範圍來重複加工處理，可得到具有同樣結晶構造之鎢合金坯體。

製造大尺寸陰極時，使鎢合金坯體之直徑成為10~30mm之範圍來實施型鍛加工拉線加工處理為佳。又，在熱處理之前，將鎢合金坯體之一端在夾角40~120°之範圍切削加工為楔形為佳。

例如，在熱處理前實施研磨加工使鎢合金坯體之表面粗糙度Ra成為5μm以下為佳。又，為了盡可能去除不純物，希望使鎢合金坯體之Mo含量成為0.005wt%以下來實施燒結處理。例如，希望使鎢合金坯體之Fe含量成為0.003wt%以下來實施燒結處理。

依據本發明，於具有由鎢合金所構成之陰極的放電燈中，可有效地抑制不規則變異，故可圖謀照度安定化。

10‧‧‧放電燈

11A、11B‧‧‧電極支持棒

12A、12B‧‧‧封止部

14A、14B‧‧‧安裝部

15‧‧‧放電管

16A、16B‧‧‧蓋子

20、120‧‧‧陰極

22、122‧‧‧本體部

23、123‧‧‧前端部

30‧‧‧陽極

123A‧‧‧前端側前端部

123B‧‧‧本體側前端部

M‧‧‧直徑方向

N‧‧‧側面方向

θ‧‧‧夾角

第1圖為第一實施型態之放電燈的斷面簡化圖。

第2圖為陰極之平面圖。

第3A圖為沿陰極之側面方向的斷面示意圖。

第3B圖為沿陰極之直徑方向的斷面示意圖。

第4圖為第二實施型態之放電燈用陰極的平面圖。

第5圖為顯示電極表面之放射溫度分佈之圖表的圖式。

第6圖為顯示使用實施例3之陰極的放電燈與使用比較例2之陰極的習知放電燈之照度維持率的圖式。

以下，參照圖式就本發明之實施型態作說明。

第1圖為第一實施型態之放電燈的斷面簡化圖。

放電燈10具有以石英玻璃管成形之燈泡狀放電管15，在其內部陰極20、陽極30對向配置。在放電管15的兩側，相對之管狀封止部12A、12B一體地連接設置。

封止部12A、12B之管內採用箔密封構造(以下稱為「安裝部」)14A、14B，安裝部14A、14B支持陰極20、陽極30，同時將放電管15內之放電空間封止來維持氣密性，又向陰極20、陽極30供給電力。封止部12A、12B之端部以蓋子16A、16B來覆蓋。

在安裝部14A，設置連結支持陽極30之電極支持棒11A，在安裝部14B，設置連結支持陰極20之電極支持棒11B，且共同沿電極軸(燈軸)方向配設。

放電燈點燈時，由電源部(未繪示)對安裝部14A、14B供給電力。藉此，產生以陰極20之前端部為亮點之電弧放電。然後，藉由封入於放電管15內部之水銀的蒸發，放射包含 i、h、g線等輝線之光線。

第2圖為陰極20之平面圖。第3A、3B圖為沿陰極20之直徑方向、側面方向的斷面示意圖。使用第2、3圖來就陰極20的結晶構造作說明。

陰極20是由圓柱狀之本體部22及圓錐狀之前端部23所構成。本體部22之直徑在10~30mm之範圍，前端部23是使其夾角θ成為40~120°之範圍來形成為楔形。

陰極20是由將釷鎢合金坯體熱處理得到之鎢合金所構成，並成為使鎢再結晶化之組織。在釷鎢合金中，作為輻射源物質，氧化釷等釷化合物以粒子狀分散之狀態而含有，且釷成份以釷氧化物(Th₂O₃)換算為0.5~3.0wt%而含有於鎢合金中。

第3A、3B圖顯示了於鎢合金內部之結晶狀態。第3A圖顯示了沿本體部22之側面方向N之斷面的結晶狀態，第3B圖顯示了沿本體部22之直徑方向M之斷面的結晶狀態。

在本實施型態中，於本體部22，鎢結晶粒徑在關於相互垂直之2個方向具有共通的特徵，即成為比較粗大之鎢結晶(粗大粒)在任一斷面方向皆幾乎(實質)不存在的結晶構造。這個特徵可以區域內之結晶粒徑之範圍為基礎來表示。於本體部22，在陰極之直徑方向、側面方向的任意斷面部份具有相同結晶構造，於任一斷面皆滿足以下所示之數值條件。

具體而言，將300μm×300μm之區域由各斷面抽出，就直徑方向斷面而言，粒徑在1~100μm之範圍的鎢結晶為90%以上之比例，關於側面方向斷面，粒徑在1~100μm之範圍 的鎢結晶成為90%以上之比例。在此，規定以鎢粒子之對角線長度作為粒徑。

300μm×300μm之區域是以鎢結晶粒子之最大粒徑作為基準，以約3×3倍之區域尺寸來設定。此尺寸是作為確認鎢結晶粒子在上述粒徑範圍所必要的最小區域尺寸而定義。

藉由以這種定義為基礎來表現結晶粒徑的特徵，例如，可忽略有粗大粒但以平均粒徑表示時被視為是高密度的結晶狀態。又，若依照後述之加工方法，藉由觀察直徑方向斷面、側面方向斷面之結晶狀態，可表現內部組織構造的特徵。

不僅是鎢的微細化，觀察300μm×300μm之區域時，就氧化釷而言也是微細地分散。就沿直徑方向之粒徑而言，粒徑在1~15μm之範圍的氧化釷粒子為90%以上，就沿側面方向之粒徑而言，粒徑在5~120μm之範圍的氧化釷粒子為90%以上。

另一方面，在前端部23的情況，將300μm×300μm之區域沿特定之側面方向斷面(特別是楔形表面附近的斷面)抽出時，存在直徑為300μm以上之鎢結晶粒子。鎢合金藉由後述之燒結處理而成為再結晶構造，在容易受到燒結處理影響之前端部的一部份至少會部份存在粗大鎢結晶。就直徑方向斷面而言，300μm以上之鎢結晶實質不存在。

並且，第3A、3B圖是為了便於說明於300μm×300μm之本體部在任意區域沒有粗大的鎢結晶粒子、氧化釷粒子的圖，並非將實際的斷面照片圖示化之物。圖示之結晶狀態與實際的結晶狀態並不相同。

具有這種組織斷面之陰極20是藉由以下這樣的一連串步驟來製造。

首先，調製藉由將硝酸釷粉末加熱得到之氧化釷粉末與將氧化鎢粉末還原得到之金屬鎢粉末的混合粉末(以下稱為「第1粉末」)。

除此之外，調製將粒徑不同之氧化鎢粉末還原得到之金屬鎢粉末(以下稱為「第2粉末」)。然後，在第1粉末中添加第2粉末，得到含有釷氧化物(ThO₂)在0.5~3.0wt%之範圍的鎢粉末。

將此鎢粉末藉由加熱處理來燒結，得到圓柱狀燒結體(鑄錠)。此時，在1300~2500℃之範圍進行預備燒結及通電燒結來形成燒結體。藉此，Mo含量成為0.005wt%以下，Fe含量成為0.003wt%以下。

然後，在加工率(斷面減少率)30~80%之範圍實施型鍛加工(轉打加工)及拉線加工處理。例如，以旋轉的一對槌型模具等或工具來敲打燒結體而使燒結體伸展，其後進行拉線處理。

在此，由於圖謀使鎢結晶粒子滿足上述條件來微細化，經過複數回來進行型鍛加工及拉線加工處理。在此，重複至少5回之加工處理。又，使鎢合金之表面粗糙度Ra成為5μm以下來實施研磨處理。

藉由型鍛加工及拉線加工處理得到之鎢合金坯體成為上述之斷面結晶狀態。由於藉由型鍛加工來敲打燒結體的側面，又藉由拉線加工來將燒結體拉扯延伸，於側面方向斷面 鎢結晶之最小粒徑與直徑方向斷面相比較大。鎢結晶粒徑在關於直徑方向斷面之長寬比為3未滿，關於側面方向斷面之長寬比成為3以上。

鎢合金坯體由於沒有粗大鎢結晶粒子而為高密度，其比重(密度)成為17~19g/cm³之範圍內。又，鎢合金坯體之表面硬度(HR)為在55~80之範圍內。

為了形成陰極形狀，將鎢合金坯體的一端切削加工，形成具有上述夾角θ之楔形前端部。其後，對鎢合金坯體，在1300~2900℃之範圍實施熱處理。較佳為，在1500~2300℃之範圍實施熱處理為佳。經過熱處理，最終製造出放電燈用陰極。此時的陰極斷面組織與鎢合金坯體的斷面組織為實質相同。

陰極20為直徑10~30mm之斷面尺寸比較大的電極。為了使這樣肥大的電極內部結晶構造微細，實施型鍛加工、拉線加工來實現於本體部事實上不存在肥大的鎢結晶粒子的同時，於前端部存在比較肥大之鎢結晶粒子。

藉由這樣的結晶構造，亦即使鎢合金再結晶時高密度化而使成為障礙之粗大粒子不存在，可將不過多或過少之釷向前端側供給。然後，關於沿著陰極軸方向之溫度分佈，由前端部向本體部的溫度降低率成為比較大。雖然由於前端部23的夾角θ大，前端部高溫分佈範圍有比較廣的傾向，但由於前端部與本體部之間有比較大之溫度差異產生，故可防止釷在早期使用殆盡。又，藉由在前端部存在300μm以上之鎢結晶，前端部與本體部的溫度差異會進一步擴大，故前端部的熱會變得 向本體部側更容易放熱。

並且，亦可以300μm以上之鎢結晶不要部份地存在前端部來構成陰極，藉由調整型鍛加工、拉線加工處理，即使在本體部、前端部沿著直徑方向斷面、側面方向斷面皆任意抽出300μm×300μm之區域，粗大的鎢結晶也不存在。

其次，使用第4圖，就第2實施型態作說明。在第2實施型態中，接合複數金屬部件來構成陰極。

第4圖為第2實施型態之放電燈用陰極的平面圖。

陰極120具有本體部122及前端部123。包含前端部123之前端面的部份(以下稱為「前端側前端部」)123A是由第1實施型態所示之鎢合金所構成。另一方面，本體部側部份(以下稱為「本體側前端部」)123B及本體部122是由熱傳導率相異之純鎢合金所構成，而與前端側前端部123A接合。

藉此，可一邊確保習知陰極的導電性，一邊得到與第1實施型態同樣的效果。

並且，陰極形狀並不限定於第1、第2實施型態，亦可適用於細徑化之陰極，對於具有楔形前端部及本體部之陰極亦可適宜適用。又，亦可使前端部及本體部如第2實施型態而以相異金屬部件來構成，或者至本體部一部分為止以釷鎢合金來構成。

[實施例]

以下，使用表1~4、第5~6圖就本實施例之放電燈來作說明。

本實施例之放電燈用陰極是將含有氧化釷分別為 1.0wt%、1.5wt%、2.0wt%之鎢合金(以下作為實施例1、實施例2、實施例3的陰極)作為素材來成形，如以下說明來製造。

首先，將平均粒徑50~100μm之仲鎢酸銨(ammonium paratungstate，APT)粉末在大氣中500℃加熱，使仲鎢酸銨粉末變化為氧化鎢粉末。其次，在氧化鎢粉末中添加平均粒徑為3μm之硝酸釷粉末、添加純水，其後攪拌15小時以上來均一混合。

其次，使水分完全蒸發，得到硝酸釷粉末與氧化鎢粉末均一混合之混合粉末。然後，在大氣中500℃加熱，使硝酸釷粉末變化為氧化釷。

然後，在氫氣氛中(還原氣氛中)800℃熱處理，將氧化鎢粉末還原為金屬鎢粉末。藉此，調製氧化釷粉末與金屬鎢粉末之混合粉末(第一原料粉末)。

除此之外，將平均粒徑50~100μm之仲鎢酸銨(APT)粉末在氮氣氛中450℃加熱，使仲鎢酸銨粉末變化為氧化鎢粉末。其次，在氫氣氛中(還原氣氛中)700℃熱處理，使氧化鎢粉末還原為金屬鎢粉末。藉此，調製金屬鎢粉末(第二原料粉末)。

在先前準備之第一原料粉末中添加第二原料粉末來準備釷成分以氧化釷(ThO₂)換算為1.0wt%之鎢粉末。同樣地，調製釷成分以氧化釷(ThO₂)換算為1.5wt%之鎢粉末、釷成分以氧化釷(ThO₂)換算為2.0wt%之鎢粉末。

其次，使用各實施例之原料粉末以表1所示之條件，經過2回的加熱處理來得到圓柱狀燒結體(鑄錠)。然後， 以預定之加工率調製第1~第3實施例之放電燈用鎢合金坯體。此時，經過複數回來進行型鍛加工及拉線加工。又，使表面粗糙度Ra成為5μm以下來研磨。

為了將這些實施例與習知的鎢合金坯體比較，製造了比較例1、2之鎢合金坯體。

首先，準備平均粒徑3μm之氧化釷粉末，不進行球磨及過篩而與平均粒徑為3μm之金屬鎢粉末混合，放入混合容器後使容器旋轉25小時來混合。並且，使氧化釷粉末(ThO₂)的含量為2.0wt%。

使用各比較例之原料粉末以表2所示之條件來得到圓柱狀燒結體(鑄錠)，以預定的加工率調製鎢合金坯體。此時，關於實施例1~3，將型鍛加工及拉線加工處理經過複數回(此處為5~15回之範圍)來進行。又，使表面粗糙度Ra成為5μm以下來研磨。

對關於實施例1~3及比較例1~2之鎢合金坯體，檢測了本體部之鎢結晶粒徑及長寬比、釷成分粒子之粒徑、不 純物Mo量及Fe量、比重、硬度(HRA)。

關於本體部之鎢結晶粒徑及長寬比、釷成分粒子之粒徑，切出通過本體部中心之直徑方向斷面及側面方向斷面，就任意之單位面積300μm×300μm檢測了粒徑的比例。並且，即使切其它直徑方向斷面、側面方向斷面，亦可得到同樣的結果。

又，Mo量及Fe量是以ICP分析法來進行。比重是以阿基米德法來量測，硬度(HRA)是使用120°之鑽石圓錐壓頭以實驗荷重60kg來量測。表3-1、3-2、表4顯示了其結果。並且，表3-2僅顯示了粒徑範圍的比例，其它與表3-1相同。

如表3-1、3-2、4所示，鎢結晶粒子、釷成分粒子滿足實施形態所示之粒徑範圍的比例、硬度等。

其次，對實施例3及比較例2之鎢合金坯體，共同在2200℃實施熱處理。此時，在熱處理前將鎢合金坯體的端部切削加工，使夾角θ成為70℃，其後，在2200℃之真空氣氛中進行熱處理。

組裝以進行上述熱處理之各材料作為陰極使用之放電燈，在發光部內封入水銀及氬氣等惰性氣體。

圖5為顯示電極表面之放射溫度分佈的圖表之圖式。

如圖5所示，隨著前端部向本體部遠離溫度會下降，但實施例相較於比較例溫度下降較大。實施例之溫度在前端部附近之最高溫度為相同時，儘管比較例與實施例為具有相同前端角度形狀之電極，但前端部附近與本體部的溫度差異較大。因此，可認為實施例對於不規則變異較為適用。

亦即，即使為了防止鎢結晶的粗大化，使釷的供給不延遲而進行，而將前端角度構成為相對較大時，由於前端部附近與本體部的溫度差異會變大，故也可抑制不規則變異。

圖6為顯示使用實施例3之陰極的放電燈與使用比 較例2之陰極的習知放電燈的照度維持率之圖式。

照度維持率是以具有在350nm附近之感度的照度計來測定。如圖6所示，比較例的照度維持率為80%，相較於此，實施例的照度維持率為90%，可確認到不規則變異的有效抑制顯著，並抑制了發光管的黑化。

並且，就加工率而言，若觀察於表1、表2之實施例與比較例的加工率差異以及於表3-1、3-2之比較例與實施例的鎢結晶粒徑比例的差異，於加工率30%~80%之範圍，亦可認為結晶粒徑滿足上述之比例。若在此範圍內，不用使燒結體過度延伸，就可實現結晶微細化。

10‧‧‧放電燈

11A、11B‧‧‧電極支持棒

12A、12B‧‧‧封止部

14A、14B‧‧‧安裝部

15‧‧‧放電管

16A、16B‧‧‧蓋子

20‧‧‧陰極

30‧‧‧陽極

Claims (23)

1. 一種放電燈用陰極，為具有柱狀之本體部及楔形之前端部的放電燈用陰極，前述陰極的至少一部分包括鎢合金，其中釷成份以粒子狀分散，將釷成份以氧化物換算含有0.5~3.0wt%；於前述鎢合金，沿直徑方向斷面、側面方向斷面在300×300μm²之區域觀察鎢的結晶粒徑時，就直徑方向斷面而言，粒徑在1~100μm之範圍的鎢結晶粒子為90%以上，就側面方向斷面而言，粒徑在5~120μm之範圍的鎢結晶粒子為90%以上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之放電燈用陰極，其中就直徑方向斷面而言，粒徑在1~50μm之範圍的鎢結晶粒子為90%以上，就側面方向斷面而言，粒徑在5~60μm之範圍的鎢結晶粒子為90%以上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之放電燈用陰極，其中就直徑方向斷面而言，粒徑在1~20μm之範圍的鎢結晶粒子為90%以上，就側面方向斷面而言，粒徑在5~40μm之範圍的鎢結晶粒子為90%以上。
4. 如申請專利範圍第1~3項中任一項所述之放電燈用陰極，其中於前述鎢合金沿直徑方向斷面、側面方向斷面在300×300μm²之區域觀察釷成份粒子的粒徑時，就直徑方向斷面而言，粒徑在1~15μm之範圍的釷成份粒子為90%以上，就側面方向斷面而言，粒徑在1~30μm之範圍的釷成份粒子為90%以上。
5. 如申請專利範圍第1~4項中任一項所述之放電燈用陰極，其中鎢的結晶粒徑係關於直徑方向斷面之長寬比為3未滿，關於側面方向斷面之長寬比為3以上。
6. 如申請專利範圍第1~5項中任一項所述之放電燈用陰極，其中前述前端部及前述本體部共同由前述鎢合金構成。
7. 如申請專利範圍第1~5項中任一項所述之放電燈用陰極，其中包含前述前端部之前端面的前端側前端部由前述鎢合金構成，前述前端部之本體側前端部以與前述鎢合金相異熱傳導率之金屬部件構成。
8. 如申請專利範圍第1~7項中任一項所述之放電燈用陰極，其中前述本體部具有10~30mm之範圍的直徑，前述前端部的夾角為40°~120°之範圍。
9. 如申請專利範圍第1~8項中任一項所述之放電燈用陰極，其中前述鎢合金為鎢的再結晶組織構造。
10. 如申請專利範圍第1~9項中任一項所述之放電燈用陰極，其中沿前述前端部之側面方向斷面在300×300μm²之區域觀察時，存在具有300μm以上之直徑的鎢結晶。
11. 如申請專利範圍第1~10項中任一項所述之放電燈用陰極，其中前述鎢合金的比重在17~19g/cm³之範圍內。
12. 如申請專利範圍第1~11項中任一項所述之放電燈用陰極，其中前述鎢合金的表面硬度(HR)在55~80之範圍內。
13. 如申請專利範圍第1~12項中任一項所述之放電燈用陰極，其中前述鎢合金之表面粗糙度Ra為5μm以下。
14. 一種放電燈，具有如申請專利範圍第1~13項中任一項所述 之放電燈用陰極。
15. 如申請專利範圍第14項所述之放電燈，其中前述放電燈包括封入惰性氣體且前述放電燈用陰極與放電燈用陽極對向配置之放電管。
16. 一種放電燈用陰極之製造方法，包括：調製第1粉末，為藉由將硝酸釷粉末加熱而得到之氧化釷粉末與將氧化鎢粉末還原而得到之金屬鎢粉末的混合粉末；調製第2粉末，為將前述氧化鎢粉末之粒徑相異的氧化鎢粉末還原而得到的金屬鎢粉末；混合第1粉末與第2粉末，作出將釷成份以氧化物換算含有0.5~3.0wt%之鎢粉末；藉由對前述鎢粉末實施燒結處理，形成柱狀燒結體；對前述燒結體，在加工率30~80%之範圍實施經過複數回之型鍛加工及拉線加工處理；對藉由型鍛加工及拉線加工處理生成之鎢合金坯體在1300~2900℃之範圍實施熱處理。
17. 如申請專利範圍第16項所述之放電燈用陰極之製造方法，其中在加工率40~60%之範圍實施型鍛加工及拉線加工處理。
18. 如申請專利範圍第16或17項所述之放電燈用陰極之製造方法，其中至少經過5回以上而重複進行型鍛加工及拉線加工處理。
19. 如申請專利範圍第16~18項任一項所述之放電燈用陰極之製造方法，其中使前述鎢合金坯體的直徑成為10~30mm之 範圍來實施型鍛加工及拉線加工處理。
20. 如申請專利範圍第16~19項任一項所述之放電燈用陰極之製造方法，其中在熱處理前，將前述鎢合金坯體的一端在夾角40~120°之範圍切削加工為楔形。
21. 如申請專利範圍第16~20項任一項所述之放電燈用陰極之製造方法，在熱處理前實施研磨加工使前述鎢合金坯體之表面粗糙度Ra成為5μm以下。
22. 如申請專利範圍第16~21項任一項所述之放電燈用陰極之製造方法，其中使前述鎢合金坯體之Mo含量成為0.005wt%以下來實施燒結處理。
23. 如申請專利範圍第16~22項任一項所述之放電燈用陰極之製造方法，其中使前述鎢合金坯體之Fe含量成為0.003wt%以下來實施燒結處理。