TW201517113A

TW201517113A - 放電燈

Info

Publication number: TW201517113A
Application number: TW103121546A
Authority: TW
Inventors: Yukiharu Tagawa; Tomoyoshi Arimoto; Mitsuo Funakoshi; Hirohisa Iwabayashi; Yukio Yasuda
Original assignee: Ushio Electric Inc
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2015-05-01
Also published as: EP3016132A4; EP3016132A1; TWI570770B; CN105340054B; CN105340054A; US9548196B2; WO2014208392A1; US20160148797A1; EP3016132B1

Abstract

提供一種：於在發光管內之陰極中而添加釷以外之射出源所成的放電燈中，防止射出源從陰極而過度地蒸發並早期耗盡的情形，並且能夠從初始之點燈起便進行順暢之點燈的構造。其特徵為：在前述陰極處之前述本體部，係由並不包含釷之高熔點金屬材料所構成，前述前端部，係由包含有射出源(釷除外)之高熔點金屬材料所構成，並且，在被形成於前述本體部以及/或者是前端部之內部的密閉空間內，係被埋設有燒結體，該燒結體，係包含有較在前述前端部所含有之射出源而更高濃度之射出源(釷除外)。

Description

放電燈

本發明，係為有關於在陰極中含有用以使電子輻射成為良好的射出源之放電燈者，特別是有關於含有釷以外之射出源所成的放電燈者。

一般而言，在高輸入之高亮度放電燈等中，於其之陰極中係為了使電子輻射成為容易而添加有射出源。例如，在日本特開2012-15008號公報(專利文獻1)中，係揭示有作為射出源而含有氧化釷之放電燈用之陰極。

然而，由於釷係作為輻射性物質而身為法律所限制之對象，因此，在管理以及處理上係需要慎重的考量，故而，係對於代替釷之物質有所需求。

作為代替該釷之物質，係提案有使用稀土類元素及其化合物者。稀土類元素，係為工作函數(一般而言，係指當電子從物質內部而飛出至外部時所需要的能量)為低而在電子輻射上為優良的物質，而期待能夠作為釷之替代物質。

在日本特表2005-519435號公報(專利文獻2)中，係揭示有在身為陰極之材料的鎢中作為射出源而附加性地含有而含有氧化鑭(La₂O₃)、氧化鉿(HfO₂)、氧化鋯(ZrO₂)等的放電燈用陰極。

然而，像是氧化鑭(La₂O₃)一般之稀土類氧化物，其蒸氣壓係較氧化釷(ThO₂)而更高，而較容易蒸發。因此，當作為在陰極中含有之射出源而代替氧化釷而使用有稀土類氧化物的情況時，會發生該稀土類氧化物過度地蒸發並早期性地耗盡之問題。起因於此射出源之耗盡，在陰極處之電子輻射功能係會喪失，並產生閃爍，而有著導致燈管壽命縮短的問題。

又，對於電子輻射特性有所助益之射出源，係僅存在於陰極之前端處，而無法從陰極後方來朝向前端地而迅速進行射出源之輸送，可以說此亦為導致燈管壽命縮短之其中一個因素。因此，在現實情況中，於使用有氧化釷以外之輻射物質的放電燈中，仍係殘留有其點燈會在早期便成為不安定等的問題。特別是，在1kW以上的高輸入之放電燈中，稀土類元素或鋇系物質之蒸發，係會顯著地導致放電燈之點燈成為不安定。

又，在日本特開2002-141018號公報(專利文獻3)中，係揭示有作為輻射物質而使用有鹼土類金屬(氧化物)之陰極構造。於圖19中，對於其構造作展示，其係成為將作為射出源而含有鹼土類金屬氧化物之易電子輻射部81埋入至陰極80中，並露出於陰極前端處之構造。

在此構造中，亦同樣的，由於身為射出源之鹼土類金屬氧化物係為曝露在電弧中者，因此，與前述專利文獻2中所示之電極相同的，其蒸發係會更進一步的快速進行。其結果，特別是在陰極前端處，射出源係會早期耗盡，在陰極處之電子輻射功能係會喪失，並產生閃爍，而同樣有著導致燈管壽命縮短的問題。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2012-15008號公報

[專利文獻2]日本特表2005-519435號公報

[專利文獻3]日本特開2002-141018號公報

本發明，係有鑑於上述先前技術之問題點，而以提供一種：於在發光管之內部而將陰極與陽極作了對象配置的放電燈中，就算是在陰極中添加釷以外之射出源，也能夠防止該射出源之早期的耗盡，而能夠長時間維持電子輻射功能，以謀求燈管之點滅壽命的長期化，並且在初始之點燈時的啟動性以及點燈性上為優良之構造一事，作為目的。

為了解決上述問題，在本發明中，係具備有下述特徵：亦即是，前述陰極，係由本體部和被接合於其前端側處之前端部所成，前述本體部，係由並不包含釷之高熔點金屬材料所構成，前述前端部，係由包含有射出源(釷除外)之高熔點金屬材料所構成，並且，在被形成於前述本體部以及/或者是前端部之內部的密閉空間內，係被埋設有燒結體，該燒結體，係包含有較在前述前端部所含有之射出源而更高濃度之射出源(釷除外)。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述射出源，係為氧化鑭(La₂O₃)、氧化鈰(CeO₂)、氧化釓(Gd₂O₃)、氧化釤(Sm₂O₃)、氧化鐠(Pr₆O₁₁)、氧化釹(Nd₂O₃)或者是氧化釔(Y₂O₃)中之任一者、或者是此些之組合。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述前端部之射出源濃度(CF)係為0.5wt%≦CF≦5wt%，被埋設於前述密閉空間中之前述燒結體之射出源濃度(CB)係為10wt%≦CB≦80wt%，並且，係成為CF<CB。

又，係具備有下述特徵：亦即是，在前述密閉空間中，係與前述燒結體一同地，而封入有使在該燒結體中所包含之射出源還原之還原劑。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述還原劑，係為鈦(Ti)、鉭(Ta)、釩(V)、鈮(Nb)之任一者。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述前端部係由鎢所構成，在前述燒結體中所含有之射出源，係為氧化鈰，前述陰極之前端和前述燒結體之前端間的距離，係為1.5mm~3.5mm。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述陰極之前端部分係具有圓錐台形狀，當將距離前述陰極之前端0.5mm之位置處的剖面積設為S(mm²)，並將燈管電流設為I(A)時，係成為165≧I/S(A/mm²)。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述燒結體，係包含有稀土類複合氧化物地而構成之。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述稀土類複合氧化物，係包含有由從元素週期表上之4A族、5A族以及6A族中所選擇之元素以及氧所成的氧化物。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述稀土類複合氧化物，係由氧化鑭(La₂O₃)、氧化鈰(CeO₂)、氧化釓(Gd₂O₃)、氧化釤(Sm₂O₃)、氧化鐠(Pr₆O₁₁)、氧化釹(Nd₂O₃)、氧化釔(Y₂O₃)中之任一者和高熔點金屬間之化合物所成。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述前端部之比電阻ρ(測定溫度T=77K)，係為0.65~0.77μΩ．cm。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述前端部係由鎢所構成，在前述前端部處，係含有對於該鎢之結晶成長作抑制的粒安定劑(氧化鋯或氧化鉿)。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述本體部以及/或者是前述前端部，係在前述燒結體之周圍的區域，形成有朝向前述陰極之軸方向而延伸的纖維狀金屬組織。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述燒結體之前端面，係在前述密閉空間內而與前述前端部相抵接，前述纖維狀金屬組織，係被形成於從前述燒結體之前端面起直到後方側5mm為止的區域。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述前端部係由鎢所構成，在前述前端部之與前述陽極相對向的前端面處，係被形成有錸-鎢合金部。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述錸-鎢合金部之厚度，係至少為0.5mm以上。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述前端部係由鎢所構成，在前述前端部之鎢的粒界密度：A(mm^-1)、和前述前端部之從與前述燒結體相抵接之部位起直到前端面為止的射出源之濃度梯度：B(mol/mm⁴)，此兩者間的乘積(A×B)，係為落在260×10^-9(mol/mm⁵)≦A×B≦670×10^-9(mol/mm⁵)之範圍內。

若依據本發明，則由於在並不包含釷之本體部的前端處，係被接合有含有釷以外之射出源的前端部，在被形成於前述本體部以及/或者是前端部之內部的密閉空間內，係被埋設有燒結體，該燒結體，係包含有較在前述前端部所含有之射出源而更高濃度之射出源(釷除外)，因此，當初始時而使放電燈點燈時，藉由使在前端部中所包含之射出源(釷除外)將前端部作被覆，係能夠發揮良好之啟動性以及點燈性。

因應於點燈時間，初始之在前端部中所含有的射出源會被消耗，但是，由於係從陰極內部之含有高濃度射出源的燒結體來將射出源對於前端部側進行擴散供給，因此在前端部處之射出源係並不會耗盡，而能夠將良好之點燈性長期間地作安定的維持。

此燒結體，由於係被埋設在陰極內部，因此，係並不會有直接曝露在放電電弧中的情形，而對於其之起因於電弧而變得過熱的情形作抑制，因此，係並不會有過度蒸發而導致射出源早期性耗盡的情況。

又，當在特定時間之點燈後進行熄燈，而陰極被冷卻時，由於在點燈時而從燒結體所擴散之射出源會停留在前端部內，因此，在後續之再點燈時，此前端部內之射出源係能夠使燈管之啟動性以及點燈性成為良好。

又，陰極內部之燒結體中的射出源，雖然係在形成前端部之鎢的結晶粒界中擴散(粒界擴散)而被供給至陰極前端，但是，當作為射出源而使用鈰的情況時，此擴散係為快速，而能夠得到對於陰極前端之充分的射出源供給速度。

進而，通常而言，射出源係以氧化物之形態(當鈰的情況時，係為CeO₂)而被含有於燒結體中，但是，由於CeO₂之吸濕性係為低，因此亦有著能夠將在燈管之製造工程中所被導入至燈管內的水分之量減少的優點。

又，藉由將陰極之圓錐台形狀的距離前端 0.5mm之位置處的剖面積S和燈管電流設為I之間的關係設為165≧I/S(A/mm²)，係能夠設為高電流密度，而能夠謀求燈管之高亮度化。

又，燒結體，係藉由於其內部包含有稀土類複合氧化物，而會在較通常之氧化物的狀態而更低之溫度下被還原為射出源(金屬)之狀態。藉由此，從電極之溫度為較低的狀態起、亦即是從燈管之點燈啟動起，便能夠順暢地進行從燒結體而來之射出源的供給，從點燈初期起便不會有發生射出源耗盡的情況，而能夠得到安定之燈管點燈狀態。

又，藉由將前端部之比電阻ρ設為0.65~0.77μΩ．cm，係能夠謀求燈管之點滅壽命的長期化。

又，藉由在燒結體之周圍的區域處形成有朝向陰極之軸方向而延伸的纖維狀金屬組織，由於在燒結體中所包含之射出源(稀土類元素)係成為難以朝向陰極之徑方向而擴散並成為強制性地被朝向前端側擴散，因此對於陰極前端之供給係被順暢且迅速地進行，而能夠防止在前端部處之射出源的耗盡，並且，在陰極中之從不會被電弧所覆蓋之側面而發生的射出源之蒸發係被作抑制，而能夠防止發光管之透明性的喪失。

又，在起因於電弧而導致成為極高溫之前端部處，係會有結晶粒進行再結晶化並使粒界消失的情形，但是，藉由在該前端部之與陽極相對向的前端面處設置有錸-鎢合金部，在相較於通常之鎢而再結晶化之溫度為更高的錸-鎢合金部處，就算是在高溫的狀態下，再結晶化也會被抑制，而能夠保持結晶粒界，因此，係不會有對於從燒結體而來之射出源的粒界擴散造成阻礙的情形。

又，由於係將前端部之鎢的粒界密度：A (mm^-1)、和前述前端部之從與前述燒結體相抵接之部位起直到前端面為止的射出源之濃度梯度：B(mol/mm⁴)，此兩者間的乘積(A×B)，設為落在260×10^-9(mol/mm⁵)≦A×B≦670×10^-9(mol/mm⁵)之範圍內，因此，係涵蓋長時間地而進行安定之射出源供給，而能夠實現燈管壽命為長之放電燈。

1‧‧‧放電燈

2‧‧‧發光管

3‧‧‧陰極

31‧‧‧本體部

32‧‧‧前端部

33‧‧‧密閉空間

34‧‧‧燒結體

35‧‧‧錸-鎢合金部

4‧‧‧陽極

5‧‧‧還原劑

51‧‧‧箔狀還原劑

52‧‧‧粉末狀還原劑

53‧‧‧粉末狀還原劑

6‧‧‧鎢粒子

7‧‧‧射出源

8‧‧‧纖維狀金屬組織

[圖1]具備有本發明之實施形態1的陰極構造之放電燈管的全體圖。

[圖2]對於本發明之實施形態1的實施例作展示之陰極構造圖。

[圖3]本發明之實施形態1的陰極之製造工程圖。

[圖4]對於本發明之實施形態1的其他之複數實施例作展示之陰極構造圖。

[圖5]對於本發明之實施形態2中的實驗結果作展示之表1。

[圖6]對於本發明之實施形態3中的實驗結果作展示之表3。

[圖7]表3之圖表1。

[圖8]對於本發明之實施形態4中的稀土類氧化物之熔點的其中一例作展示之表4。

[圖9]本發明之實施形態5中的陰極之前端部的擴大圖。

[圖10]針對起因於前端部之比電阻值所導致的燈管壽命之傾向作展示的表5。

[圖11]本發明之實施形態6中的陰極之前端部的剖面圖(A)和X-X剖面圖(B)。

[圖12]纖維狀金屬組織之形成前的剖面圖(A)和形成後的剖面圖(B)。

[圖13]本發明之實施形態7中的陰極構造圖。

[圖14]係為本發明之實施形態7的作用說明圖，(A)為本發明，(B)為比較例。

[圖15]本發明之實施形態7的陰極之製造工程圖。

[圖16]本發明之實施形態8中的陰極前端部之擴大圖。

[圖17]對於本發明之實施形態8的實驗結果作展示之表8。

[圖18]表8之圖表2。

[圖19]對於先前技術作展示之剖面圖。

[圖20]對於其他的先前技術作展示之剖面圖。

圖1，係對於具備有本發明之陰極構造的放電燈之全體構造作展示，放電燈1係於發光管2之內部將陰極3和陽極4作對向配置。

如圖2中所示一般，在此實施形態1中，陰極3係由本體部31和被接合於其前端處之前端部32所成。

前述本體部31，係由並不包含釷之鎢或鉬等的高熔點金屬材料所成。

又，前述前端部32，係藉由固相接合、熔接等之適宜的接合手段，而被接合於前述本體部31之前端側、亦即是與陽極4相對向之面處。在該前端部32處，係以適宜之含有量而含有釷以外之射出源(以下，亦將前端部中所包含之射出源，稱作第1射出源)。

作為此釷以外之第1射出源，例如，係將氧化鑭(La₂O₃)、氧化鈰(CeO₂)、氧化釓(Gd₂O₃)、氧化釤(Sm₂O₃)、氧化鐠(Pr₆O₁₁)、氧化釹(Nd₂O₃)或者是氧化釔(Y₂O₃)等，以單體來作使用，或者是以此些之組合來作使用。

於此，第1射出源之含有量，係被設定為例如0.5重量%~5重量%而為較低之含有量。此第1射出源，係為用以確保燈管之初始的點燈時之啟動性者，將濃度設為較低的原因，係在於為了防止其曝露在放電電弧中並使射出源過度蒸發之故。

另外，當第1射出源之含有量為未滿0.5重量%的情況時，係無法確保在點燈初期時之電子放出中所必要的射出源濃度，而會發生燈管電壓之上升或變動的增大。又，若是含有量超過5.0重量%，則在鎢材料等之製造時，不僅是燒結體會變脆而導致發生起因於在燒結工程或型鍛(swage)工程中之碎裂所導致的破損，並且就算是在成功地製造出來的情況時，當將此使用於前端部的情況時，射出源之蒸發係會變得顯著，並促進燈泡之黑化(白濁化)，因此並不理想。

如圖2中所示一般，在陰極3之內部，係被形成有密閉空間33，在該密閉空間33內，係埋設有燒結體34，該燒結體34，係含有釷以外的射出源。

圖2(A)中，密閉空間33係被形成於本體部31側，燒結體34係實質性被埋設於該本體部31內。

圖2(B)中，密閉空間33係橫跨本體部31和前端部32地而形成，燒結體34係以橫跨此本體部31和前端部32的方式而被埋設。

圖2(C)中，密閉空間33係被形成於前端部32側，燒結體34係實質性被埋設於該前端部32內。

當然的，依存於採用此些形態之何種形態，前端部32之尺寸(特別是厚度尺寸)係會有所相異，關於要選擇何種形態一事，係可依據在製造上之容易性、依存於前端部32之厚度所導致的成本變動、或者是全體性之製造成本等，來適宜作選擇。

不論是在此些例中的何者，均同樣的，燒結體34之前端和陰極3前端間之距離，係以落在1.5mm~5.0mm之範圍內為理想。

在前述燒結體34中，係含有釷以外之射出源 (以下，將在燒結體34中所含有之射出源，亦稱作第2射出源)，例如，與前述之在前端部32中所具有者相同的，係使用在鎢等之構成材料中，添加氧化鑭、氧化鈰、氧化釓、氧化釤、氧化鐠、氧化釹或氧化釔的單體、或者是此些之組合，再進行燒結，所得到者。

又，在此燒結體34中所含有之第2射出源的濃度，係設定為較在前述前端部32中所含有之第1射出源的濃度更高之濃度，該濃度(重量%濃度)，例如，係為10重量%~80重量%。

此第2射出源之濃度，若是未滿10重量%，則起因於在陰極3內部所能夠收容的燒結體34之尺寸，係會成為難以確保供給至陰極前端部32處之射出源之量。又，若是超過80重量%，則由於燒結體34之鎢等之構成材料的比例係會減少，由氧化物之還原所得到的生成物係會減少，因此，不論是在何種情況，均會導致陰極的壽命變短。

在此燒結體34中所含有之第2射出源，係藉由被埋設在陰極3內部，而並不會有直接曝露在放電電弧中的情形，也不會被作必要以上之加熱，因此，係並不會有過度蒸發的情況。又，燒結體34係伴隨著燈管點燈而適宜被加熱，該燒結體34中之第2射出源，係藉由濃度擴散而被供給至前端部32側。藉由此，在前端部32處，射出源係不會有耗盡的情形，而持續安定之點燈性。

又，此燒結體34，係以身為使陰極前端側之端面與前端部32作了抵接的狀態為理想。藉由設為此種構成，於燒結體34中所包含之第2射出源，係在點燈中，與前端部32相抵接，射出源係藉由粒界擴散而順暢且迅速地移動至前端部32側而被確實地作供給。

另外，前述之第1射出源和第2射出源，係可為相同之材料，亦可為相異之材料。例如，係可構成為像是第1射出源和第2射出源均為氧化鑭而身為同一材料，或者是第1射出源為由氧化鑭和氧化鋯所成而第2射出源為氧化鈰而身為相異之材料一般地，而任意作組合。

針對構成本發明之陰極3的前端部32和燒結體34之功能與作用作說明。在前端部32中，係構成有將射出源輸送至進行電子放出之前端面的擴散路徑，在初始之點燈時，在此前端部32中所含有之第1射出源係被輸送至前端面處並進行電子放出，而進行確實之初期點燈。起因於此點燈，初始之在前端部32中所含有的第1射出源會被消耗，但是，在該射出源耗盡之前，被埋設於陰極3內之燒結體34中的第2射出源係通過前端部32之擴散路徑而被供給至前端面，藉由此，在前端部處之射出源係並不會耗盡。

另外，如同前述一般，本體部31雖然係由並不包含釷之鎢等的高熔點金屬所成，但是，係並未排除包含有釷以外之射出源的可能性。於此情況，由於係存在有高濃度之燒結體34，因此，從將射出源供給至前端部32的觀點來看，於本體部31中包含有釷以外之射出源一事，看起來似乎並不存在有特別的優點，但是，仍具備有像是下述一般之其他的優點：亦即是，藉由將本體部31和前端部32以相同之材料來構成，由於兩者係在接合後亦具備有相同之熱性物性，因此，就算是曝露在點燈時之高溫中，該一體物之熱性特性也不會改變，而難以發生在接合部處所出現的問題。

若是針對本發明之陰極構造而對於其中一個尺寸例作展示，則係如同下述一般。

陰極之外徑：15mm，軸方向之長度：60mm

前端部之尺寸：軸方向長度2mm，材料例：氧化鑭(射出源)、摻雜有氧化鋯(鎢粒子粗大化抑制劑)之鎢

本體部之尺寸：軸方向長度58mm，材料例：摻雜有氧化鋯之鎢

燒結體之尺寸：2mm，軸方向之長度：5mm，材料例：將氧化鈰、鎢以重量比1：2來作了混合、成形、燒結者。

接下來，使用圖3，對本發明之陰極製造工程作說明。

埋設在陰極3內部之密閉空間33內的燒結體34，係將射出源(CeO₂)和鎢(W)之配合比設為1：2，並進行混合，再添加黏合劑(硬脂酸)，之後藉由加壓衝壓機來進行成形。之後，在氫中以1000℃之溫度來進行脫脂、暫時燒結，之後，在鎢爐中，藉由以1700~2000℃、較理想為1800~1900℃，1小時，來進行真空中之正式燒結，而製作燒結體34。

陰極之前端部32，係設為摻雜有La₂O₃以及ZrO₂之鎢，本體部31，係身為摻雜有ZrO₂之鎢。該些均為在真空中而以2300℃~2500℃之溫度來進行燒結。若是將如此這般而包含有射出源之鎢以更高的溫度(例如，3000℃)來進行燒結，則由於射出源係會蒸發並消失，因此係並不理想。

另外，當在本體部31中並不包含有射出源之形態的情況時，係亦可藉由較此而更高之溫度，例如以2700℃~3000℃來進行燒結。

首先，如同圖3(A)中所示一般，形成在構成本體部31之本體構件31a的前端側而構成密閉空間33之孔33a，並將燒結體34插入至該孔33a內。接著，使構成前端部32之前端構件32a與燒結體34作抵接。

此時，如同圖3(B)中所示一般，燒結體34之前端，係相較於本體部31之表面而作了0.5mm程度之些許之量的突出。

如同圖3(C)中所示一般，對於前端構件32a作推壓，而壓縮燒結體34，並使前端構件32a與本體構件31a相抵接。此時，燒結體34，由於係以較本體部31和前端部32之燒結溫度而更低之溫度來進行了燒結，因此，起因於推壓所導致的收縮容許度係為大，藉由本體構件31a和前端構件32a之抵接，係作些許之量的收縮，燒結體34係成為與前端構件32a作了抵接的狀態。

於此狀態下，藉由擴散接合或點狀熔接等，來將本體構件31a和前端構件32a作接合。

接著，在前端構件32a和本體構件31a之接合後，對於陰極3之前端進行切削加工。

藉由此，如同圖3(D)中所示一般，前端部32係被接合於本體部31之前端，而得到於其內部之密閉空間33內密閉埋設有燒結體34之陰極3的最終形狀。

於圖4中，係展示有本實施形態中之其他的複數之實施例，於此些之實施例中，在密閉空間33內，係與燒結體34一同地而封入有用以促進射出源之還原反應的還原劑5。

圖4(A)，係為將還原劑之箔51捲繞在燒結體34上並封入至密閉空間33內者。具體而言，係為將厚度5~40μm之Ta箔捲繞在燒結體34上

圖4(B)，係為在燒結體34中而添加有還原劑之粉末、例如添加有粒徑1~10μm之Ta粉末52者，並將身為燒結體構成材料之鎢粉末和Ta粉末相互混合而進行了燒結者。

圖4(C)，係為在密閉空間33內之燒結體34的下方處配置有Ta粉末等之還原劑粉末53者。

還原劑之封入形態，除了此些以外，亦存在有像是將還原劑之糊塗布在燒結體34之外周面上等的形態。

作為於此所使用之還原劑，係以身為鈦(Ti)、鉭(Ta)、釩(V)、鈮(Nb)之任一者為理想。又，其之封入量，係相對於在燒結體34中所包含之第2射出源的總量，而成為1wt%~30wt%。

另外，作為還原劑，雖亦可考慮使用碳(C)，但是，碳係會與起因於射出源和鎢(W)間之反應所產生的氧化鎢起反應，並產生CO，此CO係會從燒結體34而擴散並到達前端部32內，並於此而分解為C與O並產生固溶，而擴散至陰極前端面。於此處，最終會成為O₂和CO，並被放出至放電容器中。而，若是此些物質到達陽極，則會產生氧化鎢或碳化鎢，並成為引起放電容器之黑化或陽極的變形，由於係存在有此種問題，因此，使用碳係並不理想。

故而，較理想，係使用碳(C)以外之前述Ti、Ta、V、Nb等。

被適用有本案發明之陰極構造者，在圖1中，雖係以水銀燈管或氙燈管等之短弧型放電燈作為對象，但是，係亦可適用於長弧型放電燈。

如同以上所說明一般，在本發明中，於在陰極中添加有釷以外之射出源的放電燈中，由於係在被與本體部作接合之前端部中含有射出源，因此，於燈管之初始之點燈啟動時，此射出源係對於啟動性有所確保並進行確實的點燈。

又，在被密封埋設於陰極內部之燒結體中，由於係含有較前述前端部之第1射出源而更高濃度之第2射出源，因此，伴隨著燈管點燈，此第2射出源係擴散並移動至前端部側而被作供給，因此在前端部處之射出源係並不會有耗盡之虞，而能夠確保有起因於持續性之射出源供給所導致的安定之點燈。

此燒結體，由於係被密封埋設在陰極內部，而並不會直接曝露在放電電弧中，因此，釷以外之蒸氣壓為高的射出源，係並不會有過度蒸發並在短時間內耗盡的情況。

又，由於在密閉空間中係封入有還原劑，因此，射出源之還原反應係被促進，而不會有導致對於前端部之射出源之供給減緩的情形。

在以上之實施形態1中，雖係針對在燒結體34中作為射出源而包含有氧化鑭(La₂O₃)、氧化鈰(CeO₂)、氧化釓(Gd₂O₃)等之稀土類氧化物的例子作了展示，但是，於此些之中，作為能夠期待有最快之擴散速度者，以及在高價之稀土類元素中相對性而言為能夠以較低價來獲取者，係考慮使用鈰。以下，針對作為射出源而含有鈰的實施形態2作考察。

在此種實施形態2中，亦同樣的，於圖2所示之陰極構造中，在燒結體34中作為射出源所含有之氧化鈰的濃度(重量%)，係設為較在前端部32中所含有之射出源濃度(重量%)更高之濃度。

又，前述陰極3之前端和前述燒結體34之前端間之距離，係以身為1.5mm~3.5mm為理想。

又，作為在前述前端部32中所含有之射出源，係可為氧化鑭(La₂O₃)、氧化鈰(CeO₂)、氧化釓(Gd₂O₃)、氧化釤(Sm₂O₃)、氧化鐠(Pr₆O₁₁)、氧化釹(Nd₂O₃)或者是氧化釔(Y₂O₃)中之任一者、或者是此些之組合。

進而，前述前端部32之射出源濃度(CF)，係為0.5wt%≦CF≦5wt%，被埋設於前述密閉空間33中之前述燒結體34之身為射出源的氧化鈰濃度(CB)，係為在氧化鈰換算下而身為10wt%≦CB≦80wt%。

可以推測到，燒結體34中的射出源，係在形成前端部32之鎢的結晶粒界中擴散(粒界擴散)而被供給至陰極前端。

此係因為，當在此燒結體34中而含有鈰的情況時，此擴散係為快速，而能夠得到充分的對於陰極前端之射出源的供給速度之故。進而，通常而言，射出源係以氧化物之形態而被含有於燒結體中，但是，由於身為鈰之氧化物的氧化鈰(CeO₂)之吸濕性係為低，因此亦有著能夠將在燈管之製造工程中所被導入至燈管內的水分之量減少的優點。

接著，針對該陰極之動作機構作說明。前述燒結體，通常，係以氧化鈰(CeO₂)的形態來含有鈰。而，若是在燈管之動作中而成為高溫，則起因於燒結體內之還原反應，會從氧化鈰而產生鈰(Ce)。如此這般所產生的鈰，係藉由在前述前端部進行粒界擴散，而一直被輸送至陰極前端面，並於該處而在陰極前端之鎢表面上形成單原子層，並藉由此而作為射出源來起作用。此鈰單原子層，係會起因於高溫而以與該溫度相對應的速度來從鎢表面脫離。於此，當對於鈰陰極前端面之鈰的輸送速度為大，在陰極前端面係被形成有鈰之多原子層的情況時，由於鈰表面上之鈰的脫離能量係較鎢表面上的脫離能量而更小，因此，從陰極前端所脫離的鈰係增加，該些鈰係會附著在燈管之發光管內面，並產生白濁化。相反的，若是對於陰極前端面之鈰的輸送速度為小，則陰極前端面之射出源(鈰)係會耗盡。

針對上述之鈰的粒界擴散，若是將從陰極前端起之軸方向的距離設為x，並使用數式來作表現，則係成為如同下述一般。

<式2>Ce之粒界擴散係數：D(T)=D ₀ e ^-(Q/RT)

於此，n係為在前端部處之Ce的濃度，D0係為常數，Q係為擴散之活性化能量，R係為氣體常數，T係為溫度(K)。根據式1和式2，可以得知，由粒界擴散所致之鈰的輸送速度，若是Ce之濃度梯度dn/dx越大，或者是若是溫度越高，則會變得越大。

因此，燒結體，係以使其之前端位在與陰極前端之距離會成為1.5mm~3.5mm之範圍內之位置的方式，來進行埋設。亦即是，若是以使燒結體之前端成為較距離陰極前端1.5mm而更前方的方式來進行埋設，則在鈰之粒界擴散的路徑(較前端部之燒結體而更前方之部分)中之鈰的濃度梯度係會變大，並且該路徑中之平均性的溫度係會變高，因此，鈰之輸送速度係增大，從陰極前端所脫離之鈰的量係增大，而發生發光管之白濁化。相反的，若是以使燒結體之前端成為較距離陰極前端3.5mm而更後方的方式來進行埋設，則起因於相反的理由，鈰的輸送速度會降低，陰極前端面之射出源(鈰)係會耗盡。

另外，陰極前端面之動作溫度，係依存於燈管之輸入、電流、陰極形狀、射出源之種類、前端部之基體材料等的因素而會有所相異，故而，從陰極前端面所脫離的鈰之脫離速度也會有所差異，但是，由於陰極前端溫度和鈰之粒界擴散的路徑(較前端部之燒結體而更前方之部分)之溫度係會相互連動，因此，用以使從陰極前端而來之鈰的脫離和對於陰極前端之輸送的兩者相互平衡所設定之燒結體的埋設位置，係並不會與陰極前端面之溫度有太大的關聯性。例如，若是對於電流以及/或者是陰極前端直徑有所相異，而導致在陰極前端之電流密度(將電流除以前端面之面積所得到之值)有所相異的情況作比較，則電流密度為大者，其陰極前端之溫度係變高，射出源之脫離速度係為大，但是，由於身為Ce之擴散路徑的前端部內部之溫度亦係變高，因此，依據式2，Ce之擴散係數係會變大，對於陰極前端之Ce的供給速度也會變大。其結果，在兩者的情況中，燒結體之埋設位置係可設為略相同。

以下，使用在燒結體中作為射出源而含有鈰的陰極，並藉由以下之規格的燈管來進行了實驗。

<實驗>

陰極前端部：添加有La₂O₃(2重量%)和ZrO₂(0.05重量%)之鎢，密度18.4g/cm³，長度2mm

陰極本體部：添加有ZrO₂(0.8重量%)之鎢，密度18.5g/cm³，長度17mm

燒結體：CeO₂：W=1：2(重量比)、CeO₂(33重量%)、密度9.5g/cm³、1.4mm×L6mm

陰極形狀：前端直徑0.9mm、錐狀角55°、陰極直徑12mm、全長21mm

燈管：7kW、Xe短電弧燈管(數位投影機用光源)

電性特性：175A-40V-7kW

在上述燈管中，係使燒結體之埋入位置，亦即是從陰極前端起直到燒結體前端為止的距離(L)作改變，而進行了實驗。

將其結果展示於圖5之表1中。

(1)照度維持率，係為使用特定之橢圓鏡來集光燈管之光並照射至特定之矩形區域時的平均照度之維持率(相對於初期之照度的500小時點燈後的照度之比)。

(2)電壓變動，係為當使用特定之類比式筆式記錄儀(設定：記錄紙轉速：120mm/h、電壓範圍：30~50V)來對於燈管電壓進行了20分鐘之測定時，從記錄紙而讀取電壓之變動幅度者，並作為電弧安定性(閃爍)之代用特性。又，藉由此方法所計測出之燈管電壓的變動寬幅和數位投影機之影像中所出現之照度變動，係存在有相關性，並確認到：若是燈管電壓之變動幅度超過1.2V，則在人類的視覺中會辨識出影像之閃爍。可以推測到，此係因為此筆式記錄儀之頻率特性(回應速度)和人類的視覺之相對於閃爍刺激光的感度特性為有所近似之故。

先前技術之7kW之Xe短電弧燈管(釷陰極)的壽命，係根據直到成為無法點燈(亦包含破裂)或者是直到發生閃爍為止的點燈時間來作定義，其平均壽命係為500h。在身為壽命的定義之其中一者的無法點燈中之最為嚴重者，係為破裂，關於此事，係得知了，若是發光管之白濁化或黑化，以照度維持率而言而一直進行至50%程度左右，則從電弧而來的光之吸收係會增加，起因於此，發光管之溫度會上升，故而，熱形變會積蓄在發光管中，並使破裂機率變高。另一方面，閃爍之發生，係如同上述之(2)所記載一般，能夠根據燈管電壓之變動幅度而檢測出來。

因此，係根據500小時點燈後之照度維持率和電壓變動，來判定本案發明之陰極的良否。具體而言，係將500小時點燈後之電壓變動幅度為1.2V以下、且照度維持率為50%以上的情況，判定為良好(與現行之釷陰極同等的壽命特性)。

其結果，係得知了，藉由將前述陰極3之前端和前述燒結體34之前端間之距離(L)設為1.5mm~3.5mm之範圍，係能夠得到良好的結果。

另外，燒結體34，雖係針對以氧化鈰之形態來含有鈰的情況而作了敘述，但是，係亦能夠以鈰金屬的形態來含有之。

在接下來所說明之實施形態3中，係為對於上述實施形態1中之陰極前端的電流密度作規定者。

亦即是，係為在圖2所示之陰極構造中，使陰極之前端部分具備有略圓錐台形狀，並為當將距離該前端0.5mm之位置處的剖面積設為S(mm²)，並將燈管電流設為I(A)時，而設為165≧I/S(A/mm²)者。

藉由設為此種構成，係能夠設為高電流密度，而能夠謀求燈管之高亮度化，而能夠實現具備採用釷以外之射出源的無釷陰極構造之放電燈。

針對本發明中之電流密度的規定作說明。

首先，針對射出源和工作函數作說明。

通常，射出源，係以就算是動作溫度為低也能夠得到高電流密度(每單位面積之電流值)者為佳。又，與此動作溫度有所關連之電流密度，係被Richardson-Dushman 作了定式化，並作為Richardson-Dushman之式而被周知。

亦即是，係依據電流密度J=A ＊ T²exp{-(-△)/(kT)}之式而被定義。於此，T係為溫度，A係為材料所固有之電子輻射能係數，係為材料所固有之工作函數，k係為波茲曼常數，又，△係代表起因於Schottky效果而實效性地降低工作函數之效果之量。

根據此事，可以得知，相對於得到高電流密度之電子放出能量，從動作溫度的觀點來看，係以工作函數為小而係數A之值為大的材料為理想。而，陰極之射出源材料，從對於陰極前端之變形或磨耗作抑制的觀點來看，係以使其進行低溫下之陰極動作為理想。

另外，短電弧型放電燈之陰極，由於係在 3000K左右之高溫下而動作，因此，係無法避免陰極之變形或者是從陰極而來之蒸發，並會產生起因於蒸發物之對於燈泡的附著所導致的黑化或白濁化。

從抑制蒸發的觀點來看，對於射出源，係要求能夠使陰極基體避免低熔點化合物之產生，或者是使該產生量抑制在最小的限度。或者是，係以使用蒸發速度為慢且蒸氣壓為低的材料為理想。

作為其中一例，列舉出釷和鈰的情況，並對於電子放出能量作比較。將工作函數和係數以及電流密度之計算結果展示於表2中。另外，在表2中，係數A之單位中的K，係代表溫度。

如同由表2而可得知一般，含鈰鎢(以下，稱作鈰鎢)，相較於含釷鎢(以下，稱作釷鎢)，由於係數A係為2倍，因此，假設若是在相同之溫度(3400K)下而動作，則係能夠得到2倍的電流密度。

然而，實際上，上述之各者的氧化物材料，若是在超過熔點之溫度下使用，則由於射出源之蒸發速度係會變快，因此係並不理想，於此之試算中，係假設能夠在接近熔點附近的溫度來使用，而進行比較，其結果係成為下述一般。

氧化釷之熔點係為T_ThO2=3573K，氧化鈰之熔點係為T_CeO2=2873~3000K。若是假設分別為能夠在接近熔點附近的溫度來使用，則作為T_ThO2=3400K，其電流密度係為J_Th=1.28×10²(A/mm²)，另一方面，氧化鈰之使用溫度係作為T_CeO2=2900K，其電流密度係為J_Ce=0.454×10²(A/mm²)。如此看來，明顯可知，在電子放出能量上，係以釷為較佳。然而，基於前述一般之理由，釷之使用係變得日益困難。

又，近年來，電影院之數位劇院用的光源之氙燈管、或者是身為半導體或液晶曝光之光源的水銀燈管等，為了得到高亮度之光源，通常係為短電弧型放電燈，而對於電流密度為高之陰極有所要求。

作為一般性的傾向，為了以高電流密度來動作，陰極係有必要以高溫來動作。

但是，如同前述一般，在使含有釷以外之射出源的鎢於最前端部分而露出的陰極構造中，由於射出源係會早期耗盡，因此，在本發明中，係身為將包含釷以外之低濃度的射出源之前端部與本體部作接合，並在前端部以及/或者是本體部內埋設含有高濃度之射出源的燒結體，並藉由此來構成不會使以高濃度而含有射出源的燒結體在陰極最前端而露出之陰極構造。

又，為了在具有此種陰極構造之燈管中而求取出適當之電流密度，係基於以下之規格來藉由放電燈而進行了實驗。

燈管之全體構造，係為在圖1中所示者，並在石英玻璃製之80mm的略球形之燈泡內，將陽極和陰極作了對向配置。電極間距離係為6mm，封入之氙氣體壓力係為10大氣壓。

陽極，係為鎢製之15mm×L20mm之圓柱狀，陰極側之前端部的端面係為5mm。

陰極，係為圖2(A)中所示一般之形狀，陰極前端部之端面形狀，係成略圓形，從該前端起而朝向胴體部之錐狀角係為40°。

陰極前端部：含有量2wt%之鈰鎢，厚度為2mm

陰極本體部：純鎢

燒結體：含有10~80wt%之高濃度之射出源(釷除外)的鎢，2mm、長度5mm，在本體部內，埋設前端部和本體部係藉由擴散接合而進行接合。

使上述陰極之前端直徑改變，並改變燈管輸入而使電流密度改變，藉由此來求取出照度維持率之變動。

將其結果展示於圖6之表3中。於此，電流密度J，當將距離陰極前端0.5mm之位置處的剖面積設為S(mm²)，並將燈管電流設為I(A)時，係藉由J=I/S(A/mm²)而求取出來。剖面積S，係將距離陰極前端0.5mm之位置處的直徑作為2r，而作為S=π r²來計算出來。

在實驗中，燈管係以陽極朝上的姿勢來作了點燈。又，電源係使用輸出可改變之定電流電源。

另外，在表3中，比較例5，係為將含有2wt%之氧化鈰的鈰鎢以厚度2mm來接合於由純鎢所成之陰極本體部之前端的陰極構造，比較例6，係為以含有2wt%之氧化鈰的鈰鎢來構成陰極全體者。

在圖6(表3)中，照度維持率，係將在100 小時的點燈後而身為90%以上者，評價為合格(○)。將此表2之結果作了圖表化者，係為圖7之圖表1。

如同根據圖6(表3)以及圖7(圖表1)亦能夠明顯得知一般，若是電流密度超過165A/mm²，則照度維持率會急速地降低，陰極性能會劣化，並導致早期之黑化。

根據此些事態，係發現到：燈管之照度維持率，係強烈地依存於燈管點燈之電流密度，並對於射出源之特性(工作函數、蒸氣壓或蒸發速度、鎢酸鹽類之產生的有無等)有所反映，而得知了：若是電流密度J為165A/mm²以下，則能夠發揮良好的陰極性能。

在超過165A/mm²之非常高的高電流密度區域中，由於係成為以高溫來動作，因此，可以推測到，射出源和鎢會產生反應並形成低熔點化合物(例如，鎢酸鹽類、氧化鎢和氧化稀土類間之氧化物彼此的化合物)，起因於該低熔點化合物之蒸發，會導致輻射照度的降低。

又，在身為於陰極本體部之前端而接合含有射出源之前端部的陰極構造之比較例5中，於點燈50小時後，係發生有閃爍，而使實驗中止。此係因為前端部之射出源發生早期耗盡所導致的結果。

進而，在將陰極全體藉由含有射出源之鎢來構成的比較例6中，於經過100小時後，照度維持率係降低至70%。可以推測到，此係因為，雖然特別在陰極全體中均含有射出源，但是，相對於在陰極前端處之射出源的早期耗盡，從陰極後方所對於前端之射出源的供給係並無法順暢地進行，所導致者。

如此這般，係能夠將電流密度之上限一直提高至165 A/mm²，而實現了在身為高亮度化的同時亦能夠涵蓋長時間地而保持高照度維持率之無釷的放電燈。

在接下來所說明之實施形態4中，係為在上述實施形態1之燒結體中作為射出源而使其包含有稀土類複合氧化物者。

又，前述稀土類複合氧化物，係為包含有由從元素週期表上之4A族、5A族以及6A族中所選擇之元素以及氧所成的氧化物者。

進而，前述稀土類複合氧化物，係由氧化鑭(La₂O₃)、氧化鈰(CeO₂)、氧化釓(Gd₂O₃)、氧化釤(Sm₂O₃)、氧化鐠(Pr₆O₁₁)、氧化釹(Nd₂O₃)、氧化釔(Y₂O₃)中之任一者和高熔點金屬間之化合物所成。

若依據本實施形態4，則燒結體，係藉由於其內部包含有稀土類複合氧化物，而會在較通常之氧化物的狀態而更低之溫度下被還原為射出源(金屬)之狀態。藉由此，從電極之溫度為較低的狀態起、亦即是從燈管之點燈啟動起，便能夠順暢地進行從燒結體而來之射出源的供給，從點燈初期起便不會有發生射出源耗盡的情況，而能夠得到安定之燈管點燈狀態。

又，前述稀土類複合氧化物，藉由包含有由從元素週期表上之4A族、5A族以及6A族中所選擇之元素以及氧所成的氧化物，由於相較於氧化物狀態之熔點，複合氧化物之熔點係會變低，因此係能夠確實地發揮本案發明之效果。

進而，前述稀土類複合氧化物，係由氧化鑭(La₂O₃)、氧化鈰(CeO₂)、氧化釓(Gd₂O₃)、氧化釤(Sm₂O₃)、氧化鐠(Pr₆O₁₁)、氧化釹(Nd₂O₃)、氧化釔(Y₂O₃)中之任一者和高熔點金屬間之化合物所成，藉由此，相較於氧化物之狀態，由於係會產生顯著性之熔點的降低，因此係能夠對於在更低溫之狀態下的還原作用有所期待。

成為本實施形態4中的稀土類複合氧化物之原材料的稀土類氧化物，係如同下述一般。

氧化鑭(La₂O₃)、氧化鈰(CeO₂)、氧化釓(Gd₂O₃)、氧化釤(Sm₂O₃)、氧化鐠(Pr₆O₁₁)、氧化釹(Nd₂O₃)。

又，稀土類複合氧化物之例，係如同下述一般。

R：稀土類(上述之稀土類、和重稀土類)

R-W-O

R-Zr-O

R-Ta-O

R-Nb-O

R-Mo-O

R-Hf-O

R-Ti-O等。

此些之中，作為理想例，係可列舉出在高溫下較為安定且材料亦為低價之R-W-O、R-Zr-O。

前述之稀土類複合氧化物，相較於稀土類氧化物，係有熔點為較低的傾向。若是對其中一例作展示，則係如同圖8中所示之表4一般。

在稀土類複合氧化物的情況時，係為使稀土類氧化物和稀土類以外(4A族、5A族、6A族)之氧化物進行固相反應所得到的氧化物。在對於此種2種之氧化物的狀態圖作了觀察的情況時，一般而言，相較於任一者之氧化物乃身為100%的情況時之熔點，由雙方之氧化物的反應所得到的氧化物之熔點係會有下降的傾向。特別是，稀土類氧化物之熔點，由於係身為超過2000℃之高熔點物質，因此，於此而使固相反應產生所得到的稀土類複合氧化物，熔點係會有降低的傾向。

實際上，在對於各別之2種類之氧化物的狀態圖作了調查後，於絕大部分的情況中，上述之一般性的傾向均會成立。

所產生的稀土類複合氧化物，其熔點係有必要較稀土類氧化物而更低，但是，若是如同R-B-O系一般之熔點過度降低的情況，則會成為發生像是與W之間的反應過度進行等的問題之重要因素。因此，在作了調查的範圍內，於稀土類複合氧化物中，成為稀土類氧化物之反應對象的氧化物之熔點，係以雖然為較稀土類氧化物而更低但是乃具有1000℃~2000℃附近之熔點者為理想，並且以難以發生與W之間的反應或者是稀土類以外之氧化物的擴散之物質為理想。若是根據此來對於物質作選擇，則可以得知，係以W、Zr、Ta、Hf、Ti之氧化物為理想。此些，一般係身為4A、5A、6A族之元素。

如同在圖8之表4中所例示一般，不論是在何者的情況中，相較於稀土類氧化物之熔點，稀土類複合氧化物(W、Zr、Ta、Hf、Ti作為氧化物而形成相)之熔點均係有變低的傾向。針對此事，若是對於各者的狀態圖作確認，則基本上，在上述之稀土類複合氧化物的情況時，無關於組成，而均可發現到熔點為較稀土類氧化物之單體而更為降低的傾向。

接著，針對含有稀土類複合氧化物之燒結體 34的製作方法作說明。

將稀土類氧化物和4A、5A、6A元素之任一者的氧化物，配合於所製作之稀土類複合氧化物的比例，來進行秤量。將此些氧化物混合，並裝入燒成坩堝中，於多數的情況下，係在大氣中，以個別之熔點×(0.5~0.9)的溫度來進行燒成。所取出的粉末，由於絕大多數係被燒結，因此係將其粉碎並作成粉末。

於此情況，所作成之稀土類複合氧化物，係身為1種類之稀土類氧化物和1種類之4A、5A、6A元素之任一者的氧化物，但是，為了進行熔點之調整和電子放出特性之調整，係亦可個別作2種類以上之混合。

例如，藉由將Gd₂O₃和ZrO₂以1：2來作混合並以1800℃進行燒成，係能夠產生Gd₂Zr₂O₇。

將上述所製作的稀土類複合氧化物之粉末與鎢粉末 (W)以重量比1：1來混合，並添加黏合劑(硬脂酸)。將此在模具內進行加壓成形，之後，進行脫脂、正式燒成(1800℃左右)，來完成作為射出源而包含有稀土類複合氧化物之鎢燒結體。

針對於此之所謂射出源濃度，係作為稀土類複合氧化物之相對於燒結體34的重量%濃度來計算之。

如此這般所形成的稀土類複合氧化物之熔點，係較稀土類氧化物之熔點更低，例如，Ce-W-O之熔點，在文獻上所記載之熔點最高之組成，係為2030℃，最低者則係為1020℃程度。又，Ce-Zr-O之熔點，係為2300℃程度。

不論是何者的情況，相較於針對CeO₂(稀土類氧化物)所報告的熔點之最大值2600℃，均係為較低。

因此，可以推測到，在燈管動作時，藉由將陰極之密閉空間近旁的溫度設為熔點附近，若是上述之Ce-W-O或Ce-Zr-O等之稀土類複合氧化物一直上升至接近熔融的溫度，則在密閉空間內，係成為容易在多孔質鎢中擴散，並浸透於多孔質鎢中，且成為容易移動至多孔質鎢中之成為高溫側的陰極前端側處。

藉由此，係能夠使射出源的供給變得順暢，可以推測到，Ce等之稀土類射出源，係從稀土類複合氧化物之與前端部內表面作了接觸的部分起，而擴散至構成前端部之鎢中，並被輸送至陰極前端。

針對其他的稀土類複合氧化物，亦同樣的，藉由保持於不會到達融點之高溫，係能夠順暢地進行對於陰極前端之射出源的供給。

在接下來所說明之實施形態5中，係為對於上述實施形態1中之前端部的比電阻之值作規定者。

亦即是，係為在圖2所示之陰極構造中，將前端部32之比電阻ρ(測定溫度T=77K)設為0.65~0.77μΩ．cm者。藉由設為此種構成，係能夠謀求燈管之點滅壽命的長期化。

當此前端部32之比電阻ρ之值為高的情況時，從包含有高濃度之射出源的燒結體34所對於陰極前端之射出源供給量會增加，射出源係成為容易耗盡。進而，對於發光管內表面之射出源的附著也會增加，而光束之輸出也會早期地衰減。

相反的，當比電阻ρ之值為低的情況時，起因於從包含有高濃度之射出源的燒結體所對於陰極前端之射出源供給量的降低，前端部之射出源的量係容易變得不足，並發生射出源之耗盡。

比電阻ρ，一般而言，係起因於晶格缺陷和晶格震動以及其他之因素而改變，並以下述之數式來作表現。

ρ=ρ₁(晶格缺陷)+ρ₂(晶格震動)+ρ₃(其他因素)

若是對於由上述之各因素所導致的比電阻值作考察，則係如同下述一般。

起因於晶格震動所導致的影響ρ₂(晶格震動)，於多數的情況中，係與溫度T成略正比地而減少。

又，ρ₃(其他因素)，係除了上述之因素以外，會產生起因於電子彼此之散射等所導致的值為小之電阻。

相對於此，由晶格缺陷所導致的影響ρ₁(晶格缺陷)，係為起因於電子之由於結晶中的雜質或結晶粒界等所導致的散射而產生之電阻，就算是溫度有所變化，也不會改變。

於此，在絕對溫度77K之下所測定的比電阻ρ，相較於在室溫下所測定的比電阻之值，晶格震動之影響係為更小，而為對於前端部之材料的晶格缺陷之影響有所反映之值。

作為對起因於前端部之晶格缺陷所導致的比電阻ρ₁(晶格缺陷)造成影響之重要因素，係存在有：被添加於該前端部處之添加劑(第1射出源或粒安定劑)的粒子、結晶中之雜質、結晶粒界、加工形變之影響等。

以下，針對由晶格缺陷所導致的影響更進一步作說明。

當進行前端部32之加工的情況時，係作為粒安定劑，而含有對於加工後之再結晶化作抑制的材料。

例如，當並不在鎢粒子中含有用以對於再結晶化作抑制之添加劑(粒安定劑)地而對於前端部進行加壓、成形、燒結、型鍛(swage)等之加工的情況時，例如，若是長時間曝露在相當於燈管點燈時之溫度的2200℃以上之高溫中，則內部之結晶粒的再結晶化係會進行，依存於情況，會有結晶粒界幾乎全部消失的情形。因此，若是不添加添加劑，則伴隨著燈管的動作，結晶粒界會減少，比電阻ρ₁(晶格缺陷)會減少。

相對於此，若是添加用以進行再結晶化之添加劑，則會分散在鎢結晶粒界中，並產生對起因於鎢粒之再結晶化所導致的結晶粒界之消失作抑制的釘扎效果。因此，就算是以高溫來進行熱處理，亦能夠抑制再結晶化之進行，而能夠對於結晶粒之粗大化作抑制。故而，就算是伴隨著燈管的動作，比電阻ρ(晶格缺陷)亦難以減少。

作為添加劑，係可列舉出藉由實驗而確認到就算是在電極動作溫度附近(2400℃)也不會與鎢產生化學反應的氧化鋯(ZrO₂)或者是氧化鉿(HfO₂)，在本案發明中，係稱作粒安定劑。

又，在被含有於前端部中之第1射出源中所使用的材料，也會與鎢產生反應並朝向外部擴散，但是，在於前端部之內部而擴散的狀態下，係與氧化鋯同樣的，具備有對於再結晶化作抑制的效果。

又，對於ρ₁(晶格缺陷)造成影響之添加劑的含有量(第1射出源與粒安定劑之總和的含有量)，例如，係以0.1重量%~5.0重量%為理想，更理想係為0.5重量%~3.5重量%。此第1射出源，係為用以確保燈管之初始的點燈時之啟動性者，將濃度設為較低的原因，係在於為了防止其曝露在放電電弧中並使射出源過度蒸發之故。

亦即是，若是第1射出源和粒安定劑之總和的含有量為超過5.0重量%，則前端部之比電阻ρ(T=77K)之值，會成為較0.77μΩ．cm(上限值)而更大。在將此使用於前端部處的情況中，由於結晶粒界係增加，因此從射出源燒結體所輸送至陰極前端處之射出源之量係增大，陰極之輻射係成為良好，但是，射出源之蒸發係增加，對於發光管之射出源的附著量會增加，並促進發光管之黑化、白濁化，因此並不理想。

又，構成前端部之燒結體會變脆，而成為容易發生起因於在燒結工程或型鍛(swage)工程中之碎裂所導致的破損。

又，當第1射出源和粒安定劑之總和的添加劑之含有量為未滿0.1重量%的情況時，前端部之比電阻ρ(T=77K)之值，會成為較0.65μΩ．cm(下限值)而更小。當將此種構件使用在前端部處的情況時，於點燈初期時之在電子放出中所必要的射出源之添加量係減少。伴隨於此，結晶粒界亦會減少，起因於此，從射出源燒結體所擴散輸送至陰極前端處之射出源之量會減少。因此，鎢的消失係變得劇烈，對於發光管之鎢的附著量會增加。此現象，係能夠作為鎢蒸發並導致發光管之黑化增加的現象而有所確認。

又，添加於前端部中之添加劑，相較於鎢，其之在室溫下的電阻係為大，事實上係身為絕緣體。故而，若是添加添加劑，則由於鎢之實效性的剖面積會減少，因此比電阻係成為有所增加的傾向。

又，如圖9中所示一般，起因於由型鍛加工所導致的影響，鎢粒子6係相對於原本之球狀而被朝向加工方向作垂直拉伸，鎢粒子6之縱橫比係變大。伴隨於此，在鎢粒子6處由於係會產生形變，因此比電阻ρ₁(晶格缺陷)係成為上升的傾向。另外，射出源7係存在於此被作了拉伸的鎢粒子6之粒界中。

以下，針對前端部，而對於添加劑之對比電阻所造成的影響以及燈管壽命之間的關係作了調查。

在對於比電阻作測定時之鎢材的熱處理條件，係為在真空中以2400K來進行15分鐘的熱處理。

測定，係藉由4端子法，來對於電壓、電流作測定，並根據鎢材之尺寸來求取出比電阻。此時，係在液態氮(絕對溫度77K)中而進行測定。

在液態氮中，由於係能夠對比電阻之起因於聲子散射(晶格震動)所導致的影響作相當大程度的抑制，因此，所測定出的比電阻之值，係成為將添加劑之添加量的影響作了支配性的反映者，亦即是係成為前述之ρ₁(晶格缺陷)。

接著，針對使用有以下之陰極構造的燈管作了評價。

陰極之外徑：12mm，軸方向之長度：21mm

前端部之尺寸：軸方向長度2mm，材料例：氧化鑭 (射出源)、摻雜有氧化鋯(粒安定劑)之鎢

本體部之尺寸：軸方向長度19mm，材料例：摻雜有氧化鋯(粒安定劑)之鎢

燒結體之尺寸：2mm，軸方向之長度：6mm，材料例：將氧化鈰、鎢以重量比1：2來作了混合、成形、燒結者。

在上述之陰極中，使在前端部所含有之添加劑(射出源以及粒安定劑)改變，而使其之比電阻改變，並對於燈管壽命(閃爍壽命)作了調查。

將其結果展示於圖10之表5中，燈管壽命成為100小時以上的條件，係為在前端部之鎢中將添加劑以0.5~3.5重量%來作了添加的情況，當在2400K下而進行了真空熱處理後，於測定溫度T=77K下所測定的比電阻，係為0.65~0.77μΩ．cm。

由於係以確保有射出源之擴散一事作為重點，因此，結晶粒界係以越多為越理想，但是，若是包含有射出源之添加劑的添加量過多，而成為5.0重量%以上，則粒界係會增加，並且射出源之濃度也會變高，因此，對於陰極前端之射出源供給量係會增加，射出源之消耗係成為容易進行，進而，起因於射出源之蒸發所導致的對於發光管內表面之附著亦會增加，並導致白濁化，且光束之輸出也會早期性的衰減。

另一方面，當包含有射出源之添加劑為0.1重量%以下而為少的情況時，相反的，粒界係會減少，並且射出源之濃度亦為低，因此，射出源之對於前端的擴散供給係會有所不足，並導致早期發生射出源之耗盡，而使點燈性成為不良，並且前端部之鎢係會蒸發，並附著於發光管上，而導致黑化。

在接下來所說明之實施形態6中，係為使上述實施形態1之本體部以及/或者是前端部，在燒結體之周圍的區域，形成有朝向陰極之軸方向而延伸的纖維狀金屬組織者。

當作為射出源而使用了稀土類元素的情況時，也會存在著射出源之蒸發物附著在發光管內面並成為失去透明度的原因之問題。

圖20，係為對於一般性之陰極前端部的構造作展示之圖。如同此圖之陰極90一般，針對在陰極前端中之被電弧A所覆蓋的部分91，係作用有下述一般之作用：亦即是，蒸發後的射出源(稀土類元素)係會電離並成為陽離子，而再度回到陰極處。然而，從並未被電弧所覆蓋之陰極的側面92所蒸發之射出源(稀土類元素)，係並不會回到陰極90處，而會被放出至發光空間中，並附著在發光管之內面，而有著會成為使發光管失去透明度之原因的問題。

實施形態6之發明，係為對於從並未被電弧所覆蓋之陰極的側面而來之射出源之蒸發作抑制並防止發光管失去透明度者。

因此，在本實施形態6中，陰極之本體部以及/或者是前端部，係在被作了埋入的燒結體之周圍的區域，形成有朝向前述陰極之軸方向而延伸的纖維狀金屬組織。又，本體部，係為由並不包含射出源之純鎢所構成者。

藉由設為此種構成，由於在燒結體中所包含之射出源(稀土類氧化物)係成為難以朝向陰極之徑方向而擴散並成為強制性地被朝向前端側擴散移送，因此對於陰極前端之供給係被順暢且迅速地進行，而能夠防止在前端部處之射出源的耗盡，並且，在陰極中之從不會被電弧所覆蓋之側面而發生的射出源之蒸發係被作抑制，而能夠防止發光管之透明性的喪失。

又，藉由將前述燒結體埋設在實質性為由純鎢所成之前述本體部內，由於係將並不會被電弧所覆蓋之區域藉由純鎢來構成，因此在該區域處而稀土類元素露出的情況係被更進一步作抑制。

如同圖11(A)、(B)中所示一般，在被埋設於陰極3內之包含有高濃度之射出源(釷除外)的燒結體34之長邊方向之側面的周圍處，係涵蓋燒結體34之略全長地，而被形成有朝向陰極3之軸方向而延伸的由結晶粒所成之纖維狀金屬組織8。在此實施形態中，由於燒結體34係實質性地被埋設於本體部31中，因此，前述纖維狀金屬組織8，係被形成於由純鎢所成之本體部31處。

如同上述一般，雖然射出源係從燒結體34而擴散並被移送至前端部32處，但是，從燒結體34而來之射出源的擴散，係並不僅為從其之前端側而來，而也會從其之側面來進行，然而，藉由存在於其之周圍的朝向陰極3之軸方向而延伸的纖維狀金屬組織8，射出源之朝向徑方向的擴散係被抑制，並被強制性地朝向長邊軸方向移送。

藉由此，由於從燒結體34而來之射出源係僅被移送至前端部32側，因此，係進行有與前端部32處之射出源的消耗相匹配的移送供給，而不會有耗盡的情況。並且，由於對於半徑方向之移送係被作抑制，因此，從陰極3之錐狀側面而來的射出源之蒸發係被極力作抑制，發光管之白濁化係被抑制。

以下，根據圖12，針對此種纖維狀金屬組織8之製造方法作說明。

將雜質(例如鉀)添加在身為陰極構成材料之鎢粉末中並使其還原，再對該粉體進行過篩，而將粒度作了調節調配。對於所調配之粉末施加約1000大氣壓程度之壓力，而使其成為壓縮粉體。將該壓縮粉體在高溫爐內進行燒結，而成為燒結體。如圖12(A)中所示一般，在此燒結體中，鎢粒係成為縱橫之長度為略相同者。亦即是，縱橫比(軸方向長度/徑方向長度)係為約1。

若是將此燒結體，在例如1300℃~1500℃之溫度氛圍下，而從側面進行型鍛(swage)，則燒結體之型鍛方向的剖面積係縮小，並朝向軸方向延伸。亦即是，在身為鎢之塑性加工的型鍛工程之過程中，燒結體之粒形狀，係如同圖12(B)中所示一般，成為在徑方向上為細並且在軸方向上為長之纖維狀金屬組織8。若是持續進行此型鍛工程，則燒結體之粒形狀係變得更為細長，縱橫比係變得更大。如此這般，係能夠藉由型鍛工程來得到所期望之縱橫比。另外，在每次經過型鍛工程後，係將燒結體加熱至再結晶溫度以下之溫度，而進行退火。如此這般，係能夠得到由在軸方向上為長而在徑方向上為短之纖維狀金屬組織所成的鎢基體。

藉由反覆進行型鍛工程，鎢之理論密度係變高，而成為99%以上。在本發明中，至少於構成纖維狀金屬組織之高熔點金屬部分處，理論密度係以身為98%以上為理想，更理想係為99%以上，又更理想係為99.8%以上。

另外，在圖11中，雖係針對燒結體34為被埋設在本體部31內者來作了展示，但是，如同圖2(B)中所示一般，燒結體34係亦可橫跨本體部31和前端部32地而被埋設，於此情況，纖維狀金屬組織亦係以橫跨本體部和前端部的方式而被形成。

又，燒結體34，係亦可如同圖2(C)中所示一般，為被埋設在前端部32內者，於此情況，纖維狀金屬組織係被形成於前端部32處。

又，此纖維狀金屬組織8，雖然係身為涵蓋燒結體34之略全長地而被形成者，但是，實際上，只要形成於從燒結體之前端面起直到後方側之5mm為止的範圍中，便能夠期待有充分的效果。

此係因為，由於燒結體34係被埋設在陰極3之錐狀部處，並隨著從陰極前端起朝向後方而溫度會急遽地降低(數100K/mm)，因此，在從燒結體34之前端起而距離5mm以上之後方處，從燒結體而來之射出源的擴散係顯著地消失，並且，由於溫度亦為低，故而燒結體係成為不會熔融之故。

接著，根據圖13~圖15，針對實施形態7作說明。

在此實施形態7中，係為於陰極之前端處形成有錸-鎢合金部者。

亦即是，係構成為：在燈管點燈時，於成為極高溫之陰極的前端部處，時時會發生結晶粒進行再結晶化並使粒界消失的情形，但是，藉由在該前端部之與陽極相對向的前端面處設置有錸-鎢合金部，在相較於通常之鎢而再結晶化之溫度為更高的錸-鎢合金部處，就算是在高溫的狀態下，再結晶化也會被抑制，而能夠保持結晶粒界，因此，係不會有對於從燒結體而來之射出源的粒界擴散造成阻礙的情形。

於圖13中，與前述之各實施形態相同的，陰極3，係由以並不包含釷之高熔點金屬材料所成之本體部31、和被與此作了接合的前端部32，而構成之，在該前端部32處，係以適宜之含有量而含有釷以外之射出源。又，在被設置於本體部31處之密閉空間33內，係埋設有燒結體34，該燒結體34，係含有相較於在前述前端部32中所含有之射出源而更為高濃度之射出源(釷除外)。

並且，在陰極3之前端部32的前端面，係被設置有由錸(Re)和鎢(W)之合金(Re-W)所成的錸-鎢合金部35。

錸-鎢合金，相較於通常之鎢，由於進行再結晶化之溫度係為高，因此，就算是在點燈時之高溫的狀態下，也幾乎不會進行再結晶化，藉由此，而保持結晶粒界，並維持第2射出源之供給路徑。

根據圖14，針對本實施形態7之作用作說明。圖14(A)，係對於此本實施形態7作展示，圖14(B)，係身為並未設置Re-W合金部之比較例。

在燈管點燈時，陰極3之前端係成為非常高溫(2400K以上)，如同圖14(B)中所示一般，前端部32之鎢結晶粒，係會有起因於此高溫而發生再結晶化的情況。若是此再結晶化進行，則結晶粒之粒界係會消失，由粒界擴散所致之從燒結體34而來之第2射出源的供給路徑係被關閉，而會有無法順暢地進行對於前端面之第2射出源之供給的情況。

在本實施形態7中，為了防止此種事態，係如圖14(A)中所示一般，在前端部32的前端面處，係被設置有由錸(Re)和鎢(W)之合金(Re-W)所成的錸-鎢合金部35。

錸-鎢合金，相較於通常之鎢，由於進行再結晶化之溫度係為高，因此，就算是在點燈時之高溫的狀態下，也幾乎不會進行再結晶化，藉由此，而保持結晶粒界，並維持到達前端面處之第2射出源之供給路徑，對於前端面之射出源之供給係順暢地進行。

此種錸-鎢合金部35，係只要被設置在前端部 32之前端面處即可。具體而言，只要從前端起朝向根部而以0.5mm以上之厚度來作設置便為充分。

其理由係在於：在本發明所被適用之短弧型放電燈中，於陰極前端處之溫度梯度係顯著地變大，隨著從前端而遠離，溫度係急遽地降低，並成為低於鎢結晶粒之進行再結晶化的溫度之故。

另外，此錸-鎢合金部35，係亦可使其含有與在前述前端部32中所含有之第1射出源相同的射出源。

又，如同前述一般，錸-鎢合金部35，只要身為0.5mm以上之厚度即為充分，但是，亦可設為將前端部32之全體藉由錸-鎢合金而構成，並於其中含有第1射出源之形態，再將其接合於本體部31處。

接下來，使用圖15，針對本實施形態7之陰極的製造工程作說明。

首先，如同圖15(A)中所示一般，形成在構成本體部31之本體構件31a的前端側而構成密閉空間33之孔33a，並將燒結體34插入至該孔33a內。接著，使構成前端部32之前端構件32a與燒結體34作抵接。

此時，如同(B)中所示一般，燒結體34之前端，係相較於本體部31之表面而作了0.5mm程度之些許之量的突出。

對於前端構件32a作推壓，而壓縮燒結體34，並使前端構件32a與本體構件31a相抵接。於此狀態下，藉由擴散接合或電阻熔接等，來將本體構件31a和前端構件32a作接合。

接著，如(C)中所示一般，在前端構件32a 和本體構件31a之接合後，對於陰極3之前端進行切削加工。

之後，如(D)中所示一般，在被進行了切削加工之前端部32的前端面處，塗布使錸之粉末在硝化纖維素和乙酸丁酯中作了分散的液體。

將此如同(E)中所示一般地，以2200~2400℃來進行真空加熱處理(燒成處理)，藉由此，而使錸與鎢固溶，並形成錸-鎢合金部35，而作為最終製品。

又，基於圖15(F)以下，針對形成錸-鎢合金部35之其他方法作說明。

如圖15(F)中所示一般，在將本體構件31a和前端構件32a作了接合的形態下之前端面處，接合錸-鎢合金板35a。

將此如(G)中所示一般地而對於陰極3之前端部進行切削加工。

藉由此，如同(H)中所示一般，前端部32係被接合於本體部31之前端，並且在此前端部32之前端面係被形成有錸-鎢合金部35，而得到於內部之密閉空間33內密閉埋設有燒結體34之陰極3的最終形狀。

使用利用有本實施形態7之陰極構造的短弧型放電燈來進行了電壓變動之評價。

在使用於實驗中之燈管中，作為本發明之實施形態7所使用了的陰極，係為設置有上述之錸-鎢合金部的陰極，作為比較例之陰極，係為並未形成錸-鎢合金部之陰極。

對象燈管：氙燈管

輸入：4.9kW

陰極之外徑：12mm，軸方向之長度：21mm

錐狀角：40°

將其結果展示於表6中。

如同根據表6而可明顯得知一般，在比較例(無Re-W)中，從點燈開始起而經過1小時程度之初期起的電壓變動，係為0.8V，在經過100小時之後，係超過了1.2V。

相對於此，在本發明(有Re-W)中，就算是在點燈開始後而經過100小時，亦係成為0.8V，而保持有與初期之0.6V略同等的水準。

根據此，可以得知，Re-W合金部，對於將從陰極而來之電子放出特性安定化一事而言，係為有效。於此，可以推測到，藉由在W中含有Re，由於W之結晶成長係被抑制，因此，相較於無Re的情況，在前端部處之從燒結體而來之第2射出源之擴散係順暢地進行，因此電壓變動係被作了抑制。

另外，在圖13之實施形態中，雖係針對燒結體34為被埋設在陰極3之本體部31內者來作了展示，但是，係並不被限定於此，如同圖2(B)中所示一般，燒結體34係亦可橫跨本體部31和前端部32地而被埋設，又，如圖2(C)中所示一般，燒結體34係亦可身為被埋設於前端部32內者。

不論是在此些實施形態中的何者，均同樣的，燒結體34之前端和陰極3前端間之距離，係以落在1.5mm~5.0mm之範圍內為理想。

在接下來所說明之實施形態8中，係為對於構成前端部32之鎢的粒界密度和從該前端部之從與燒結體相抵接之部位起直到前端面為止的射出源之濃度梯度作了規定者。

亦即是，係構成為：在前端部之鎢的粒界密度：A(mm^-1)、和前述前端部之從與前述燒結體相抵接之部位起直到前端面為止的射出源之濃度梯度：B(mol/mm⁴)，此兩者間的乘積(A×B)，係為落在260×10^-9(mol/mm⁵)≦A×B≦670×10^-9(mol/mm⁵)之範圍內。

在如同上述之實施形態1一般之陰極構造中，若是根據本發明者們之關於從燒結體34起所朝向前端部32之前端面的射出源之擴散一事所得到的知識，則在射出源之擴散量和身為前端部之構成材料的鎢之粒界密度間的關係中，係有著與粒界密度之變高呈正比地而射出源擴散量亦會增大之傾向。因此，若是粒界密度過高，則擴散量會變得過大，若是過低，則擴散量會變得過小。

換言之，藉由將粒界密度設為適當之範圍，係成為能夠對於從陰極前端而來之射出源之蒸發狀態作控制，而防止射出源之耗盡，並長時間維持適當之輻射狀態。

在本發明中，構成陰極之前端部之鎢的粒子，其粒界密度(A)，係成為120~430(mm^-1)之範圍。

於此之鎢粒子之粒界密度，係指在陰極之前端部中的內部之鎢粒子之粒界密度。

又，另一方面，在射出源之擴散量和前端部中之射出源之濃度梯度間的關係中，係有著與濃度梯度之增大一事呈正比地而射出源擴散量亦會增大之傾向。

因此，若是濃度梯度粒界密度過大，則擴散量會變得過大，若是過小，則擴散量會變得過小。

針對此濃度梯度之算出方法，使用圖16來作說明。

將前端部32中之與燒結體34相抵接的部位32d處之射出源濃度設為N₀。

在燒結體34中所包含之射出源濃度(B)，係為10 wt%≦B≦80wt%的範圍，若是針對當此燒結體34之射出源濃度(B)=30wt%時的前述射出源濃度N₀之值，而根據由分析結果所求取出之對於鎢的擴散量，來藉由對擴散方程式求解一事而求取出來，則係成為N₀=3.76×10^-9(mol/mm³)。

此時之前端部32的在前端面32c處之射出源濃度N，係為略0，若是將從燒結體34之前端起直到前端部32之前端面32c為止的距離L作改變，則該濃度梯度(B)係會改變。於此，若是對於距離L為1~6mm之濃度梯度作展示，則係成為如同以下之表1一般。

前端部32中之與燒結體34相抵接的部位32d 處之射出源濃度N₀，雖然亦會依存於燒結體34之射出源含有量、粒界密度而改變，但是，其之變化範圍，係約略為(1.25~10.03)×10^-9(mol/mm³)。

如同前述一般，射出源擴散量，由於係依存於粒界密度和濃度梯度，因此，作為其之指標，係使用 (粒界密度×濃度梯度)。

將粒界密度(A)為120~430(mm^-1)之範圍內者，分別製作成將濃度梯度(B)設為(0.63~3.8)×10^-9(mol/mm³)之陰極，並組裝至燈管中，而對於其之燈管壽命作了確認。於此，燈管壽命，係根據直到照度維持率成為60%為止的時間、或者是作為代表閃爍之發生的指標而根據電壓變動到達了規定值之1.2V以上為止的經過時間，來進行評價。

圖17之表8，係為其結果，在表8中，評價○係代表燈管壽命為300小時以上，◎係代表400小時以上。

將此結果作了圖表化者，係為圖18之圖表2。

如同根據圖17(表8)以及圖18(圖表2)亦可得知一般，當(粒界密度A)×(濃度梯度B)之值乃身為260×10^-9~670×10^-9(mol/mm⁵)之範圍時，係能夠得到300小時以上之良好的燈管壽命。

更理想，當身為400×10^-9~560×10^-9(mol/mm⁵)之範圍時，係能夠得到400小時以上之更為良好的燈管壽命。

在此實施形態8中，亦與上述之任一之實施形態相同的，燒結體34，係並不被限定於埋設在本體部31內之構造，而亦可橫跨本體部31和前端部32地來埋設，亦可埋設在前端部32內。

3‧‧‧陰極

31‧‧‧本體部

32‧‧‧前端部

33‧‧‧密閉空間

34‧‧‧燒結體

Claims

一種放電燈，係為在發光管之內部將陰極和陽極作對向配置之放電燈，其特徵為：前述陰極，係由本體部和被接合於其前端側之前端部所成，前述本體部，係由並不包含釷之高熔點金屬材料所構成，前述前端部，係由包含有射出源(釷除外)之高熔點金屬材料所構成，並且，在被形成於前述本體部以及/或者是前端部之內部的密閉空間內，係被埋設有燒結體，該燒結體，係包含有較在前述前端部所含有之射出源而更高濃度之射出源(釷除外)。
如申請專利範圍第1項所記載之放電燈，其中，在前述前端部以及燒結體中所含有之射出源，係為氧化鑭(La₂O₃)、氧化鈰(CeO₂)、氧化釓(Gd₂O₃)、氧化釤(Sm₂O₃)、氧化鐠(Pr₆O₁₁)、氧化釹(Nd₂O₃)、氧化釔(Y₂O₃)中之任一者或者是此些射出源之組合。
如申請專利範圍第1項或第2項所記載之放電燈，其中，前述前端部之射出源濃度(CF)係為0.5重量%≦CF≦5重量%，前述燒結體之射出源濃度(CB)係為10重量%≦CB≦80重量%，並且，係成為CF<CB。
如申請專利範圍第1項所記載之放電燈，其中，在前述密閉空間中，係與前述燒結體一同地，而封入有使在該燒結體中所包含之射出源還原之還原劑。
如申請專利範圍第4項所記載之放電燈，其中，前述還原劑，係為鈦(Ti)、鉭(Ta)、釩(V)、鈮(Nb)之任一者。
如申請專利範圍第1項所記載之放電燈，其中，前述前端部係由鎢所構成，在前述燒結體中所含有之射出源，係為氧化鈰，前述陰極之前端和前述燒結體之前端間的距離，係為1.5mm~3.5mm。
如申請專利範圍第1項或第2項所記載之放電燈，其中，前述陰極之前端部分係具有圓錐台形狀，當將距離前述陰極之前端0.5mm之位置處的剖面積設為S(mm²)，並將燈管電流設為I(A)時，係成為165≧I/S(A/mm²)。
如申請專利範圍第1項所記載之放電燈，其中，前述燒結體，係包含有稀土類複合氧化物而構成之。
如申請專利範圍第8項所記載之放電燈，其中，前述稀土類複合氧化物，係包含有由從元素週期表上之4A族、5A族以及6A族中所選擇之元素以及氧所成的氧化物。
如申請專利範圍第8項或第9項所記載之放電燈，其中，前述稀土類複合氧化物，係由氧化鑭(La₂O₃)、氧化鈰(CeO₂)、氧化釓(Gd₂O₃)、氧化釤(Sm₂O₃)、氧化鐠(Pr₆O₁₁)、氧化釹(Nd₂O₃)、氧化釔(Y₂O₃)中之任一者和高熔點金屬間之化合物所成。
如申請專利範圍第1項或第2項所記載之放電燈，其中，前述前端部之比電阻ρ(測定溫度T=77K)，係為0.65~0.77μΩ．cm。
如申請專利範圍第11項所記載之放電燈，其中，前述前端部係由鎢所構成，在前述前端部處，係含有對於該鎢之結晶成長作抑制的粒安定劑(氧化鋯或氧化鉿)。
如申請專利範圍第1項或第2項所記載之放電燈，其中，前述本體部以及/或者是前端部，係在前述燒結體之周圍的區域，形成有朝向前述陰極之軸方向而延伸的纖維狀金屬組織。
如申請專利範圍第13項所記載之放電燈，其中，前述燒結體之前端面，係在前述密閉空間內而與前述前端部相抵接，前述纖維狀金屬組織，係被形成於從前述燒結體之前端面起直到後方側5mm為止的區域。
如申請專利範圍第1項或第2項所記載之放電燈，其中，前述前端部係由鎢所構成，在前述前端部之與前述陽極相對向的前端面處，係被形成有錸-鎢合金部。
如申請專利範圍第15項所記載之放電燈，其中，前述錸-鎢合金部之厚度，係至少為0.5mm以上。
如申請專利範圍第1項或第2項所記載之放電燈，其中，前述前端部係由鎢所構成，在前述前端部之鎢的粒界密度：A(mm^-1)、和前述前端部之從與前述燒結體相抵接之部位起直到前端面為止的射出源之濃度梯度：B(mol/mm⁴)，此兩者間的乘積(A×B)，係為落在260×10^-9(mol/mm⁵)≦A×B≦670×10^-9(mol/mm⁵)之範圍內。