TWI438820B - Short arc discharge lamp - Google Patents

Description

短弧型放電燈

此發明係關於短弧型放電燈者，尤其，關於設置有於陰極含有氧化釷之射極部的短弧型放電燈者。

先前，封入水銀的短弧型放電燈，係根據對向配置於發光管內之一對的電極之前端之間距離較短且接近點光源，藉由與光學系組合，利用作為集光效率較高之曝光裝置的光源。又，封入氙的短弧型放電燈，係於放映機等中作為可視光光源而被使用，近年來，也作為數位電影用光源而被重用。

然後，於相關之短弧型放電燈中，公知有於陰極設置射極材，提升電子放射特性者。

於專利文獻1(日本特開2010-33825號公報)，揭示有先前之短弧型放電燈的構造及其陰極構造。

於圖3揭示此先前技術，(A)係燈整體圖，(B)係表示其陰極構造。

如圖3(A)所示，於短弧型放電燈1的發光管10內，對向配置有由鎢所成的陰極11與陽極12。於前述發光管10內，封入有水銀或氙等的發光物質。再者，在同圖中揭示短弧型放電燈1被垂直點燈之樣態，但是，根據其用途也有被水平點燈者。

然後，此燈之陰極構造於圖3(B)揭示，陰極12係 由含有射極之射極部12a、與其一體形成之本體部12b所構成。此電極射極部12a係例如由含有氧化釷等之射極物質的鎢所構成，電極本體部12b係以高純度的鎢形成。

由先前可知如此使放電燈的陰極前端含有射極物質，可構成有優良電子放射特性的燈。

然而近來，射極材物質的使用有其限制，被要求迴避其大量使用。

根據作為射極物質的釷及稀土族元素之稀少資源的節約之觀點，其大量使用並不理想，此外，也有使用釷時，該釷為放射性物質，因為法規規制而限制其處理之狀況。

為此，為了極力降低射極物質的使用，如先前例，開發有各種僅於陰極的前端含有射極物質的放電燈。

然後，於此種燈中作為射極物質而使用釷者，於陰極之前端部分的釷氧鎢所含有之氧化釷，在陰極表面因燈點燈中成為高溫而還原，成為釷原子而擴散於陰極的外表面，移動至溫度較高之前端側並且蒸發。

藉此，實現減少工作係數而具有優良電子放射特性者。

然而，於前述先前技術中，實際上點燈時有助於電子放射特性之改善的射極物質，係僅限於從陰極前端的表面至極淺區域為止所含有之射極物質。此係因為陰極前端的表面之溫度最高，相較於因為其熱而射極物質蒸發所消耗之量，從溫度更低之陰極內部，藉由熱擴散供給至陰極前端表面為止之射極物質的量較少之緣故。

結果，因即使陰極內部含有豐富的射極物質，從內部對表面的供給也不夠充分，在其表面會出現射極物質枯竭之現象。

如此，在前述先前技術中，即使使陰極前端含有射極物質，其射極物質也不會充分被活用，在陰極前端表面中射極物質枯竭時，有電子放射特性降低而產生閃爍之問題。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]　日本特開2010-33825號公報

此發明係有鑒於前述先前技術的問題點，具有於前端設置射極物質之陰極構造的短弧型放電燈中，提供實現藉由陰極前端的內部所含有之射極物質移動的有效利用，防止在陰極表面之射極物質的枯竭，即使減少射極材的使用量，也可藉由射極物質的充分活用來彌補，藉此，長時間維持電子放射功能，謀求燈之閃爍壽命的長期化之構造者。

為了解決前述課題，在此發明中，於發光管的內部對向配置陽極與陰極，前述陰極由由鎢所成之本體部與擴散接合於該本體部的由釷氧鎢所成之射極部所構成的短弧型放電燈中，其特徵為：於前述本體部與射極部的接合面，局部性形成間隙。

又，特徵為前述本體部係具有前端為小徑的縮徑部；前述射極部係於該縮徑部的前端中被擴散接合。

又，特徵為前述縮徑部係包含前述射極部而為錐形狀。

進而，特徵為前述本體部與射極部至少任一方的接合端面，係形成為存在凹凸的粗面；前述間隙，係藉由該凹凸所形成。

依據本發明，於陰極本體部與射極部的接合面，局部性形成間隙，藉此，在射極部所包含之氧化釷與周圍之碳的還原反應進行時，產生之一氧化碳經由前述間隙而被放出至陰極外部，故促進前述還原反應，有效利用陰極內部所包含之氧化釷，結果，可發揮不會發生在表面之氧化釷的枯竭之事態，即使限制射極物質的使用，也可實現閃爍壽命較長之燈的效果。

圖1係揭示此發明之短弧型放電燈的陰極構造，陰極2係由由鎢所成的本體部3與擴散接合於其前端的射極部4所構成。在此擴散接合係指以面重疊對合金屬彼此，在未滿熔點之固相狀態下以不產生塑性變形之程度來進行加熱‧加壓，使接合部的原子擴散之固相接合。

前述本體部3係例如由純度為99.99重量%以上的純鎢所構成，另一方面，前述射極部4係以於主要成份的鎢，作為射極物質而含有氧化釷(ThO₂ )的所謂釷氧鎢(以下也稱為釷鎢)所構成，氧化釷的含有量係例如為2wt%。

通常，構成此射極部4的釷鎢所含有之氧化釷，係藉由燈點燈中成為高溫而還原，變成釷原子而擴散於陰極外表面，移動至溫度較高之前端側並且蒸發。藉此，實現減少工作係數而具有優良電子放射特性者。

然後，前述射極部4的形狀係整體來說為略圓錐台形狀，接合於前述本體部3的縮徑部3a，其前端面與在此未圖示之陽極對向配置。前述本體部3的縮徑部3a係越往前端側越小，在此圖中為錐形狀，射極部4的形狀也為配合其的錐形狀。

然而，前述本體部3之縮徑部3a的形狀並不限定於此錐形狀，作為圓弧形狀亦可，又，射極部4其前端也作為所謂炮彈型的圓弧形狀亦可。

更進而，射極部4係揭示於本體部3的縮徑部3a中接合者，根據陰極整體的形狀，作為於本體部3的圓柱部分中接合者亦可。

於本發明中，如圖2所示，於前述陰極2之本體部3與射極部4的接合面5，局部性形成有間隙6。

此間隙6係於接合之本體部3或射極部4中至少任一方的表面，形成凹凸而成為粗面，並藉由該凹凸來形成間隙6。

前述凹凸所致粗面係其算術平均粗度Ra為0.4a～6.3a的範圍之粗度，另一方的表面係作為所謂鏡面亦可，或作為適度的粗面亦可，其算術平均粗度係例如為0.012a～6.3a即可。

藉此，在本體部3與射極部4的接合面5，形成數μm程度的間隙6。

於前述中，在燈的點燈中，在構成射極部4之釷鎢中的氧化釷之表面，與溶解於鎢中之碳原子之間，發生還原反應，產生釷並且產生一氧化碳。

一氧化碳的壓力變高時，前述還原反應會停止，並不會再產生釷。產生之一氧化碳係溶解於周圍的鎢。

在此，[C]w係表示溶解於鎢之碳，[O]w係表示溶解於鎢之氧。

然後，[C]w及[O]w移動於鎢中而擴散至外部時，一氧化碳的壓力會降低，前述氧化釷的還原繼續進行。亦即，氧化釷的還原係被[C]w及[O]w的擴散控制速率。

在純鎢(本體部3)與釷鎢(射極部4)的接合密接，於其接合面5不存在有間隙6時，[C]w及[O]w必須擴散於鎢中，故擴散速度非常慢。為此，在氧化釷之週邊的鎢中，一氧化碳的壓力變高，前述還原反應會停止。

另一方面，於接合面5形成間隙6時，[C]w及[O]w不會涵蓋長距離而擴散於鎢中，而會在短時間到達此間隙6，產生一氧化碳。一氧化碳係為氣體，故會非常迅速地擴散。

如此一來，到達間隙6的一氧化碳係從該間隙6被放出至陰極的外部，在鎢中之一氧化碳的壓力會降低，促進前述釷的還原反應。

說明陰極之作成方法的一例。

準備直徑10mm、厚度5mm的釷鎢，與直徑10mm、厚度20mm的純鎢。利用旋盤加工，調整切削速度及送出速度等，將釷鎢、純鎢的接合面至少一方的表面粗度，設為在中心線平均粗度Ra為0.4a～6.3a的範圍。接著，對合釷鎢與純鎢的接合面，在真空中對軸方向施加2.5kN程度的壓力。然後，藉由通電加熱來使接合部的溫度成為約2000℃，以5分鐘程度使釷鎢與純鎢擴散接合。結果，在前述表面粗度的範圍，於接合界面5形成數μm程度的間隙6。

利用加工切削擴散接合後的材料，前端成為射極部4(釷鎢)，後方成為本體部3(純鎢)的陰極2。

再者，關於間隙6的存在，可藉由將接合陰極的剖面加以研磨，利用掃描式電子顯微鏡(SEM：Scanning Electron Microscope)或金屬顯微鏡等進行觀察來確認。

如以上所述，依據本發明，因為於陰極本體部(鎢)與射極部(釷鎢)的接合面形成間隙，故可迅速擴散去除在射極部之氧化釷與碳的還原反應時所產生之一氧化碳，將鎢中之一氧化碳的壓力抑制為較低，所以，可促進前述還原反應，也讓存在於陰極內部的氧化鎢有效作用。為此，不會僅使用陰極表面部的鎢，可防止射極物質的枯竭所致之短壽命化。

藉此，可實現也可因應射極物質的使用量限制之社會上要求的陰極構造，即使作為其具體構造，設為於陰極本體部的縮徑部中接合射極部的構造，也可發揮充分長期之閃爍的防止功能。

1．．．短弧型放電燈

2．．．陰極

3．．．本體部

3a．．．縮徑部

4．．．射極部

5．．．接合面

6‧‧‧間隙

[圖1]關於本發明之放電燈的電極的剖面圖。

[圖2]圖1的部分放大說明圖。

[圖3]先前之短弧型放電燈的剖面圖。

2．．．陰極

3．．．本體部

3a．．．縮徑部

4．．．射極部

5．．．接合面

Claims (3)

1. 一種短弧型放電燈，係於發光管的內部對向配置陽極與陰極，前述陰極係由由鎢所成之本體部與擴散接合於該本體部的由釷氧鎢所成之射極部所構成的短弧型放電燈，其特徵為：於前述本體部與射極部的接合面，局部性形成間隙；前述本體部與射極部至少任一方的接合端面，係形成為存在凹凸的粗面；前述間隙，係藉由該凹凸所形成；前述粗面，係算術平均粗度Ra為0.4a~6.3a的範圍；與該粗面接合之面，係算術平均粗度Ra為0.012a~6.3a。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之短弧型放電燈，其中，前述本體部係具有前端為小徑的縮徑部；前述射極部係於該縮徑部的前端中被擴散接合。
3. 如申請專利範圍第2項所記載之短弧型放電燈，其中，前述縮徑部係包含前述射極部而為錐形狀。