TWI576893B - Discharge lamp - Google Patents

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放出源之放電燈者，特別是有關於含有釷以外之稀土類元素等之放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放出源。作為此放出源，從先前技術起，係使用有氧化釷，但是，由於釷係為輻射性物質，而在處理以及使用上有各種的限制，因此，作為其代替物質，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1)中，係揭示有在身為陰極之材料的鎢中作為放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。

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，因此較容易蒸發。因此，當作為在陰極中含有之放出源而代替氧化釷而使用有稀土類氧化物的情況時，會發生起因於燈管之點燈而該稀土類氧化物過度地蒸發並早期性地耗盡之問題。若是放出源耗盡，則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，在陰極中所包含之放出源，係難以從陰極之後方而朝向前端來迅速地進行輸送，因此，實際上會對於電子輻射特性有所助益之放出源，係僅為存在於陰極之前端者，可以說此亦為導致放出源耗盡之其中一個因素。

因此，在現實情況中，於使用有釷以外之放出源物質的放電燈中，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早期性蒸發，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2)中，係揭示有作為放出源物質而使用有鹼土類金屬(氧化物)之陰極構造。於圖15中，對於其構造作展示，其係成為將作為放出源而添加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，由於身為放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1 中所示之陰極相同的，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，放出源係會早期耗盡，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]日本特表2005-519435號公報

[專利文獻2]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向配置的放電燈中，就算是在陰極中添加釷以外之放出源，也能夠防止該放出源之早期的耗盡，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，係由包含有放出源(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放出源而更高濃度之放出源(釷除外)，並且，前述燒結體係與前述前端部相抵接。

又，係具備有下述特徵：亦即是，在前述密閉空間內之前述燒結體的後端側，係被設置有將該燒結體朝向前述前端部側作推壓之推壓構件。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述推壓構件，係身為膨脹率為較前述本體部以及前述前端部而更大之高熔點材料。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述推壓構件，係為彈簧形狀之構件，並為藉由鎢(W)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、錸(Re)、鋨(Os)、銥(Ir)之任一者的高熔點金屬或此些之合金所構成者。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述燒結體，係具備有朝向前端部側而擴徑之錐狀部。

又，係具備有下述特徵：亦即是，在前述燒結體之外面係被形成有圓周方向之凸部，在前述密閉空間之內面係被形成有圓周方向之凹部，而相互作卡合。

又，係具備有下述特徵：亦即是，前述燒結體之外面的凸部係為公螺紋，前述密閉空間之內面的凹部係為母螺紋，而相互作螺合。

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放出源的前端部，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放出源而更高濃度之放出源(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放出源(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放出源會被消耗，但是，由於係從陰極內部之含有高濃度放出源的燒結體來使放出源擴散至前端部側，因此在前端部處之放出源係並不會耗盡，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放出源早期性耗盡的情況。

進而，由於前述燒結體係與前述前端部相抵接，因此，燒結體中之放出源係順暢地擴散至前端部側。

又，由於係在燒結體之後端側設置有推壓構件，因此係對於燒結體而恆常作用有將其朝向前端部側而推壓之力，就算是發生起因於點燈時之高溫而導致燒結體之燒結 進行並收縮的情況，也不會有在燒結體之前端和前述前端部之間產生空隙或者是在燒結體處發生碎裂的情形。

又，藉由在燒結體處形成錐狀部，當該燒結體進行熱膨脹時，由於係僅會朝向前端部側膨脹，因此，其之前端面和前述前端部係藉由燒結而相互接合，就算是燒結體產生收縮，也不會產生其與前端部之間的空隙，從燒結體所朝向前端部之放出源的擴散係成為更加順暢、確實。

又，藉由將燒結體和密閉空間以凸部和凹部來相互卡合，由於就算是發生燒結體起因於溫度變動而進行膨脹收縮的情況，亦會恆常於凸部和凹部之某些場所而相互抵接，因此，係能夠恆常確保有從燒結體所對於前端部或者是從燒結體而經由本體部所對於前端部的放出源之擴散路徑。

1‧‧‧放電燈

2‧‧‧發光管

3‧‧‧陰極

31‧‧‧本體部

32‧‧‧前端部

33‧‧‧密閉空間

33e‧‧‧凹部(母螺紋)

34‧‧‧燒結體

34a‧‧‧前端面

34b‧‧‧後端面

34c‧‧‧錐狀部

34d‧‧‧前端部

34e‧‧‧凸部(公螺紋)

35‧‧‧推壓構件

4‧‧‧陽極

[圖1]具備有本發明之陰極構造之放電燈的全體圖。

[圖2]對於本發明之第1實施形態的實施例1作展示之陰極構造圖。

[圖3]對於其他之實施例2作展示之陰極構造圖。

[圖4]對於又一其他之實施例3作展示之陰極構造圖。

[圖5]對於又一其他之實施例4、5作展示之陰極構造圖。

[圖6]對於又一其他之實施例6作展示之陰極構造 圖。

[圖7]本發明之第1實施形態的陰極之製造工程圖。

[圖8]本發明之第2實施形態的實施例7之陰極構造圖。

[圖9]其他之實施例8之陰極構造圖。

[圖10]本發明之第3實施形態的實施例10~12之陰極構造圖。

[圖11]本發明之第3實施形態的陰極之製造工程圖。

[圖12]第3實施形態之作用說明圖。

[圖13]圖12之擴大說明圖。

[圖14]本發明之技術課題之說明圖。

[圖15]先前技術之剖面圖。

圖1，係對於具備有本發明之第1實施形態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中所詳細展示一般，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、電阻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放出源(以下，亦將前端部中所包含之放出源，稱作第1放出源)。

作為此釷以外之第1放出源，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。

此第1放出源，係為用以確保燈管之初始的點燈時之啟動性以及點燈性者，其濃度，例如係設為0.5重量%~5.0重量%，而設定為較低。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放出源過度蒸發之故。

另外，當第1放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放出源濃度，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，放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，係含有放出源。

在此放出源燒結體34中，係含有釷以外之放出源(以下，將在燒結體34中所含有之放出源，亦稱作第2放出源)，該放出源之具體例，例如，係與前述第1放出源相同的，使用有氧化鑭(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)等之單體或者是此些之組合。

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

此第2放出源之濃度，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，係會成為難以在燈管壽命時間內而確保供給至陰極前端部32處之放出源之量。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。

藉由此種陰極構造，當初始時而使放電燈點燈時，藉由使在前端部中所包含之放出源(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。

又，因應於點燈時間，初始之在前端部中所含有的放出源會被消耗，但是，由於係從陰極內部之含有高濃度放出源的燒結體來使放出源藉由擴散至前端部側而作供給，因此在前端部處之放出源係並不會耗盡，而能夠將良好之 點燈性長期間地作安定的維持。

進而，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，而不會有起因於電弧而變得過熱的情形，因此，係並不會有過度蒸發而導致放出源早期性耗盡的情況。

如同上述一般，藉由設為本發明之陰極構造，係能夠實現使用有包含釷以外之放出源的陰極之放電燈。

另外，在實際將此種陰極構造之放電燈試著作了點燈時，係發現到：依存於點燈條件，偶爾會有在燒結體處產生碎裂或者是在燒結體和前端部之間產生有空隙的情形。

基於圖14，針對此情形於下作說明。圖14(A)，係對於成為本發明之前提的陰極構造作展示，陰極3，係由本體部31和被接合於本體部31處之前端部32所成，燒結體34係被埋設在陰極3內。

若是將具有此種陰極構造之放電燈點燈，則依存於點燈條件等，會有如同圖14(B)所示一般之在燒結體34處產生碎裂X的情形。

在針對此問題作了詳細檢討之後，係推測到：其原因乃在於燒結體34伴隨著燈管點燈而使其之燒結更加進行之故。亦即是，燒結體，由於係為了避免在燒結時之放出源的蒸發，而以相較於身為相同燒結構造之陰極3的本體部31和前端部32之燒結溫度而更低的燒結溫度來進行燒結，因此，燒結體之燒結係並未充分地進行。

故而，起因於燈管點燈時之高溫，燒結會繼續進行，而發生收縮。此時，可以推測到，在燒結體34處，係作用有被從軸方向之兩端而拉張之力，燒結體係無法耐住此力，而產生碎裂X。

進而，就算是並未產生上述之碎裂，如同圖14(C)所示一般，也會有起因於由燒結體34之燒結的進行所導致之軸方向之收縮而造成在燒結體34和陰極前端部32之間被形成有空隙S的情形，進而，依存於情況，也會有同時發生碎裂以及空隙之形成的情形。若是形成有此種碎裂X或空隙S，則放出源係成為難以從燒結體34而朝向陰極前端部32擴散，而無法充分地活用燒結體內之放出源，並會有發生在陰極前端處之放出源之耗盡的情況。

在本發明中，係為了對於此種伴隨著燒結體之燒結的進行而發生碎裂和與前端部之間的空隙之形成並導致放出源之擴散供給之不足的問題作抑制，而採用使燒結體與陰極前端部相抵接之構造。

於以下進行說明。

如圖2中所示一般，在陰極3之被形成於本體部31處之密閉空間33內，係與燒結體34一同的，而於燒結體34之後端側配置有推壓構件35，藉由此推壓構件35，前述燒結體34係被推壓抵接於前述前端部32側。

此推壓構件35，係為由具備有較燈管點燈時之陰極3之到達溫度而更高的熔點(例如，熔點為約 2000℃(2300K)以上)，並且相較於構成陰極3之本體部31和前端部32之材料而線膨脹係數為更大之材料，所構成者。

例如，作為構成陰極3之本體部31和前端部32的材料，係可代表性地列舉出鎢。於此情況，作為推壓構件35，係使用具備有相較於鎢之線膨脹係數而更高之線膨脹係數的金屬，具體而言，係為鉭(Ta)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、錸(Re)、鋨(Os)、銥(Ir)等之高熔點金屬或此些之合金、或者是氧化鎂(MgO)、氧化鋁(Al₂O₃)、氧化鈣(CaO)、氧化鋯(ZrO₂)、氧化釔(Y₂O₃)、氧化鉿(HfO₂)等。

起因於燈管之點燈，陰極溫度會上升，放出源燒結體34之燒結會進行，並會有在軸方向上而收縮的傾向，但是，收容於密閉空間33內之推壓構件35，由於相較於陰極3之本體部31或前端部32，其線膨脹係數係為更大，因此，相較於該些，其熱膨脹量係為更大，並超過前述燒結體34之收縮量，而將燒結體34朝向前端部32側作推壓並維持於使其抵接的狀態，並且，在該燒結體34處係並不會作用有拉張力，因此也不會有發生碎裂的情形。

另外，在圖2中，雖係針對將含有釷以外之放出源的燒結體34埋設於被形成在陰極3之本體部31處之密閉空間33內的情況而作了展示，但是，係並不被限定於此。在圖3所示之實施例2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。更進而，在圖4所示之實施例3中，與圖3相同的，密閉空間33係橫跨本體部31和前端部32地而形成，但是，燒結體34，實質上係被埋設於前述前端部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。

如此這般，燒結體34，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，係並不會有使在燒結體中所包含之第2放出源過度蒸發的情況。

於圖5中，係更進而展示有其他之實施例4、5，並為被收容在密閉空間33內之放出源燒結體34和推壓構件35之直徑有所相異之例。

亦即是，圖5(A)之實施例4，係為推壓構件35之直徑為較燒結體34更小之例，又，圖5(B)之實施例5，係為推壓構件35之直徑為較燒結體34更大之例。

於圖6中，係更進而展示有其他之實施例6，密閉空間33內之推壓構件35，係具備有彈簧形狀，於此情況，構成此推壓構件35之材料，係為鎢(W)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、錸(Re)、鋨(Os)、 銥(Ir)等之高熔點金屬或此些之合金。

若是針對圖2中所示之實施例之陰極構造的尺寸例和製作方法作說明，則係如同下述一般。

〈尺寸例〉

本體部：摻雜K之鎢

本體部胴體直徑： 10mm

前端部：W+ZrO₂+La₂O₃(放出源)

前端部厚度：3mm

密閉空間：內徑 2.1mm，深度4mm

燒結體：W+CeO₂(放出源)

燒結體尺寸： 2mm，全長2mm

推壓構件：鉭

推壓構件尺寸： 2mm，全長2mm

〈製作方法〉

將鎢(W)粉末和氧化鈰(CeO₂)粉末，以重量比2：1來作混合，並添加黏合劑(硬脂酸)，之後藉由加壓衝壓(約5MPa)來進行成形。接著，將此壓縮成形品在還原氛圍中以1000℃來進行脫脂、暫時燒結，之後，插入至真空加熱爐內，並以1500~1800℃來進行加熱、燒成，而製作了燒結體之原型。對此原型燒結體之端面進行切削整形，而製作了直徑約 2mm且長度為2mm左右之燒結體。

接下來，根據圖7，對使用有此燒結體之陰極 的製造工程作說明。

首先，如同圖7(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，並將推壓構件35和燒結體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，燒結體34之前端，係被附加有如同相較於本體部31之表面而作了0.5mm程度之些許之量的突出一般之位置關係。

如同圖7(B)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，藉由擴散接合或電阻熔接等，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7(C)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和推壓構件35之陰極3的最終形狀。

另外，被適用有本案發明之第1實施形態之陰極構造者，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。

如同上述一般，在本發明之第1實施形態中，由於係在由被相互作了接合的本體部和前端部所成之陰極之內部，形成密閉空間，並於其內部收容包含有釷以外之高濃度之放出源的燒結體，並且於燒結體之後端側收容有推壓構件，因此，就算是起因於由點燈所導致之高溫而造成燒結體之燒結繼續進行並於軸方向上產生收縮，亦由於前述推壓構件係將此燒結體朝向前端部側作推壓並使其作抵接，因此，不會有在燒結體處產生碎裂或者是在燒結體和前端部之間形成空隙的情況，燒結體中之放出源的朝向前端部之輸送係順暢地進行，而能夠謀求對於所含有之放出源的有效活用，並且也不會有放出源在前端部處而耗盡的情形。

如此這般，若依據本發明，則係能夠實用性地實現將在陰極內部收容包含有釷以外之高濃度放出源的燒結體之陰極構造。

接著，根據圖8、9，針對本發明之第2實施形態作說明。

於圖8中，陰極3，係與第1實施形態相同的，由本體部31、和被接合於此本體部31之前端處之前端部32、以及在本體部31處以朝向軸方向延伸的方式所埋設的錐 狀形狀之燒結體34，而構成之。

又，在前述前端部32和燒結體34之各者中所分別含有之釷以外之放出源，係為與根據前述圖2以下所說明的第1實施形態者相同。

燒結體34，係具備有構成為朝向前端部32側而擴徑之錐狀形狀的錐狀部34c，在本實施例中，燒結體34全體係被構成為錐狀形狀，前端部32側之前端面34a的直徑係較後端面34b之直徑而更大。

在此燒結體34中之前端面34a之直徑和後端面34b之直徑之比，例如係為1.005：1~1.2：1。

又，燒結體34之前端面34a和前端部32之陰極前端面之間的距離，例如係為1~5mm。

進而，若是列舉出此種陰極3之具體性的尺寸之其中一例，則係如同下述一般。

本體部31，其最大外徑係為15mm，軸方向之長度係為60mm。前端部32，其前端面之直徑係為1.2mm，軸方向之長度係為2mm。本體部31和前端部32間之界面的外徑，係為6mm。燒結體34，其前端面34a之直徑係為2.2mm，後端面34b之直徑係為2.0mm，軸方向之長度係為5mm。

此種陰極30，基本上，係能夠與藉由前述圖7所說明之製作方法相同的，如同下述一般地而製作出來。

個別地製作出本體構件、前端構件、以及錐狀形狀之 燒結體34，該本體構件，係被設置有構成配置燒結體34之密閉空間的錐狀形狀之孔。

於此，燒結體34，係可如下述一般地製作。首先，藉由在由高熔點金屬材料所成之粉末和由放出源物質所成之粉末的混合物中添加硬脂酸等之黏合劑，來調配燒結體用材料。接著，藉由加壓衝壓等來使燒結體用材料成形。將所得到的成形體，在氫氣氛圍下，例如以處理溫度1000℃、處理時間1小時的條件來進行加熱，藉由此，而對於該成形體進行脫脂、暫時燒結處理。之後，對於進行了脫脂、暫時燒結處理之成形體，在減壓下，以處理溫度例如為1400~2000℃、較理想為1500~1800℃、處理時間例如為1小時的條件來進行正式燒結處理，藉由此，而得到燒結體34。

另外，燒結體之錐狀部，係可藉由在加壓成形時之模具中使用附加有錐狀形狀者來製作之，亦可在成形體之熱處理後，藉由切削加工來製作之。

將前述燒結體34配置在本體構件之孔內，並使其與前端構件相抵接，而將前端構件和本體構件藉由擴散接合或電阻熔接等來作接合。藉由對於如此這般而作了接合的前端構件和本體構件進行切削加工，而作成具備有所期望之前端形狀的陰極形狀。

之後，對此以例如處理溫度為1000℃，處理時間為0.5小時的條件，來進行在氫氣下之還原處理。之後，藉由例如處理溫度為2000~2400℃，處理時間為1小時的 條件，來進行真空熱處理。藉由此，而得到目的之陰極30。

於上述說明中，若依據本發明之第2實施形態之陰極，則由於在燒結體34中，係包含有較前端部32而更高濃度之放出源物質，因此，構成該燒結體34之材料的線膨脹係數，係較構成本體部31以及前端部32之材料的線膨脹係數而更大，並成為2~3倍。

又，燒結體34，係具備有前端面34a之直徑為較後端面34b之直徑而更大的錐狀部34c。因此，在陰極3之製造時的真空熱處理或放電燈之點燈時，於升溫中，以較前端部32更高之濃度而含有放出源物質之燒結體34，係相較於本體部31以及前端部32而作更大的膨脹。

此燒結體34由於係身為錐狀形狀，因此，於其之膨脹時，係成為僅朝向前端部側而膨脹，燒結體34之前端面34a，係被推壓附著於前端部32處，在前端部32和燒結體34之間的抵接係成為更加強固，並成為藉由燒結而相互接合，而成為難以發生剝離。因此，就算是當燒結體發生收縮的情況時，也不會有在燒結體34之前端面34a與前端部32之間形成有空隙的情況，而能夠從燒結體34來對於前端部32而順暢地供給充分之量的放出源物質。

〈實驗例〉

依據圖8中所示之構成，而製作了下述之規格的陰極。

本體部：材質=摻雜有氧化鋯(ZrO₂)之鎢(ZrO₂之濃度為1wt%)，最大外徑=15mm，軸方向之長度=58mm

前端部：材質=摻雜有氧化鑭(La₂O₃)以及氧化鋯(ZrO₂)之鎢(La₂O₃之濃度為1.5wt%，ZrO₂之濃度為0.05wt%)，前端面之直徑=0.8mm，與本體部之間的界面之外徑=6mm，軸方向之長度=2mm

燒結體：材質=氧化鈰(CeO₂)和鎢(W)之燒結體(CeO₂和W之質量比為1：2)，前端面之直徑=2.2mm，後端面之直徑=2.0mm，軸方向之長度=5mm

使用上述之陰極，依據圖1中所示之構成，而製作了下述之規格的放電燈。

發光管：材質=石英玻璃，最大內徑=109mm

陽極：材質=鎢，外徑=35mm，軸方向之長度=65mm

電極間距離：9mm

額定輸入：7kW

將上述之放電燈以電壓35V、電流200A之條件來點燈，並對於直到發生閃爍為止的點燈時間作了測定，其結果，係為700小時。又，從開始點燈起直到經過700小時之後的放電燈之照度維持率，係為85%。

(比較例)

作為比較例，將燒結體變更為外徑2.2mm、軸方向之 長度5mm的圓柱狀者，除此之外，係與實施例相同的，而製作了陰極以及放電燈。

將上述之放電燈以電壓35V、電流200A之條件來點燈，並對於直到發生閃爍為止的點燈時間作了測定，其結果，係為500小時。又，從開始點燈起直到經過500小時之後的放電燈之照度維持率，係為85%。

如同根據上述之結果而可明顯得知一般，若依據實驗例之放電燈，則可確認到，直到發生閃爍為止，係可涵蓋700小時之長期間地而達成安定之點燈狀態。

相對於此，在比較例之放電燈中，係在點燈500小時後發生閃爍，相對而言為在較短的期間內成為不安定。可以推測到，此係因為，起因於伴隨著點燈所導致之燒結體的收縮，於前端部和燒結體之間係形成有空隙，在放電燈之點燈中，係成為無法從燒結體來對於前端部而供給充分的放出源物質之故。

於圖9中，針對第2實施形態中的其他之實施例8作展示。

在圖8之實施例7中，燒結體34全體係身為錐狀形狀，相對於此，在此實施例8中，燒結體34之一部分係成為錐狀形狀。

亦即是，在燒結體34中，係於朝向前端部32側而擴徑之錐狀部34c的前端側，形成有較錐狀部34c而更大直徑之前端部34d。

又，在此實施例中，錐狀部34c係被埋設在本體部 31內，前端部34d係被埋設在前端部31內。

若是列舉出此實施例8之具體性的尺寸之其中一例，則係如同下述一般。

本體部31，其最大外徑係為15mm，軸方向之長度係為60mm。前端部32，其前端面之直徑係為1.2mm，軸方向之長度係為3mm。本體部31和前端部32間之界面的直徑，係為6mm。燒結體34，其前端部34d之直徑係為2.2mm，軸方向之長度係為1mm，在錐狀部34c中之前端的直徑係為2.0mm，後端的直徑係為1.8mm，軸方向之長度係為4mm。

接著，根據圖10~13，針對本發明之第3實施形態作說明。

在本實施形態中，係於燒結體和密閉空間處形成有圓周方向之凸部和凹部，並成為相互卡合之構造。

如圖10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，係含有釷以外的放出源。

此圖10中之陰極3的全體性之構成，由於基本上係為與圖2中所示者相同，因此，針對重複之處，係省略說明。

又，在前述密閉空間33之內面，係被形成有母螺紋33e，另一方面，在前述燒結體34之外面，係被形成有公螺紋34e，兩者係相互螺合。

圖10(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10(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10(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。

使用圖11，針對本發明之第3實施形態之陰極構造中的圖10(A)之構造的製造工程作說明。

埋設在陰極3內部之密閉空間33內的燒結體34，係將放出源(CeO₂)和鎢(W)之配合比設為重量比為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1400~2000℃、較理想為1500~1800℃，1小時，來進行真空中之正式燒結，而製作之。另外，若是以較此更高之過高的溫度來進行燒結，則由於以高濃度所添加了的放出源係會蒸發並消失，而喪失以高濃度來添加的意義，因此係並不理想。成形後，在燒結體34之外面，藉由切削加工來形成公螺紋34e。

另一方面，陰極3之本體部31，係身為摻雜有ZrO₂之鎢，前端部32，係身為摻雜有La₂O₃以及ZrO₂之鎢。該些均為在真空中而以2300℃~2500℃之溫度來進行燒結以及型鍛。若是將此種包含有放出源之鎢以更高的溫度(例如，3000℃)來進行燒結，則由於放出源係會 蒸發並消失，因此係並不理想。

又，在被形成於此陰極3之本體部31處的密閉空間33之內面，係藉由切削加工而形成有母螺紋33e。

首先，如同圖11(A)中所示一般，一面在開口於本體部31之前端側處的密閉空間33之內表面的母螺紋33e處螺合燒結體34之公螺紋34e，一面將該燒結體34螺入並埋設於密閉空間33內。

接著，如同圖11(B)中所示一般，使前端部32與本體部31相抵接，並在將此作了推壓的狀態下，藉由擴散接合或電阻熔接等來將兩者接合。

在前端部32和本體部31之接合後，如圖11(C)中所示一般，將陰極3之前端切削加工為特定之形狀。

藉由此，如同圖11(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將燒結體34螺合且作了密閉埋設之陰極3的最終形狀。

又，作為上述以外之製造方法，係亦能夠藉由並不對於燒結體預先進行成形、燒結地，而將粉體填充在陰極內之密閉空間內，並在進行了加壓成形之後，於密閉空間內進行燒結的方法，來進行之。

亦即是，在本體部以及/或者是前端部處，在成為密閉空間之空間的內表面處，預先形成朝向圓周方向而延伸存在之溝狀的凹部，並在該空間內，將並不包含黏合劑之放出源(CeO₂)和鎢(W)的粉末作混合並進行填充。若 是藉由加壓衝壓機而對此進行加壓成形，則粉末係侵入至空間之凹部內，並形成凸部。

將此在氫中以1000℃之溫度來進行暫時燒結，之後，進行正式燒結。正式燒結，係在真空中，於鎢爐中，藉由以1400~2000℃、較理想為1500~1800℃，1小時，來進行之。另外，放出源(CeO₂)和鎢(W)之間的調配比例，例如係為1：2(重量比)。

當藉由此方法來將燒結體作燒結的情況時，被形成於空間(密閉空間)之內面處的圓周方向之凹部，係可為螺紋狀(螺旋狀)，亦可為被形成於圓周方向上之獨立溝形狀。

針對如此這般所形成之構成本發明之陰極3的本體部31以及前端部32和燒結體34之功能與作用，基於圖12以及圖13來作說明。

如同上述一般，以高濃度而添加了放出源之燒結體34，係為了避免放出源之蒸發消失，而以較本體部31和前端部32更低之溫度來進行燒結，並且，係並未如同本體部31和前端部32一般地而進行型鍛處理。因此，若是起因於燈管點燈而成為高溫，則燒結係會進行，燒結體之體積會縮小，並會有導致其與密閉空間33之內壁面之間的接觸狀態成為並不充分的傾向。

然而，在本發明中，由於係相互藉由螺紋來作螺合，因此，如同在圖12中所示一般，就算是燒結體34在軸方向上以及徑方向上有所縮小，該燒結體34之公螺紋34e 和密閉空間33之母螺紋33e，亦係在軸方向之某些部分處保持有接觸狀態。

因此，如圖13中所示一般，經由公螺紋34e和母螺紋33e之接觸面，從陰極本體部31(或者是前端部32)而來之熱傳輸係被作充分的確保，又，藉由此，從燒結體34所對於本體部(前端部32)之放出源的擴散亦係無停滯地而有所確保。藉由此，由於從高濃度放出源之燒結體34所對於陰極本體部31以及前端部32之放出源的擴散係順暢地進行，放出源係在前端部32中而藉由粒界擴散來輸送至陰極前端，因此，係不會有發生在前端部32處之放出源之耗盡的情況。

另外，此現象，當被形成在燒結體表面之凸部和被形成在密閉空間內面之凹部為相互卡合的情況時，亦為完全相同。

若是針對本發明之第3實施形態之陰極構造而對於其中一個具體例作展示，則係如同下述一般。

放電燈：數位劇院用氙燈管

電性特性：電流160~170A，額定電力：約7000W

陰極之外徑： 12mm，全長：20mm

前端部之尺寸：錐狀角40°，前端直徑0.6~1.0mm

氣體壓力：在靜壓的狀態下為約1.0MPa(點燈中之壓力推測為5.0MPa)

燒結體：放出源為氧化鈰

將氧化鈰粉末與鎢粉末相混合，並裝入至模具中，再 進行加壓，而作成圓柱狀之粉末成形體。將此以1000℃程度來進行暫時燒結，之後，以再結晶溫度近旁之1500~1800℃來進行燒成，而製作出燒結體。

在此燒結體之側面，藉由旋盤來進行切削加工而形成公螺紋。

如同以上所說明一般，在本發明之第3實施形態中，燒結體和陰極之密閉空間，由於係使被形成於該些之外面以及內面的凸部和凹部相互卡合，因此，就算是起因於燈管點燈而燒結體之燒結進行並發生縮小，在凹凸部分之某些部分處，燒結體和本體部或者是前端部之間之接觸狀態亦係被維持，從本體部或前端部所朝向燒結體之熱傳導，係經由此接觸部而順暢地進行，又，從燒結體所朝向本體部或前端部之放出源之擴散亦係確實地進行，對於前端部之放出源的供給係不會有停滯的情況。

3‧‧‧陰極

31‧‧‧本體部

32‧‧‧前端部

33‧‧‧密閉空間

34‧‧‧燒結體

35‧‧‧推壓構件

Claims (6)

1. 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，前述本體部以及前述前端部，係由並不包含釷之高熔點金屬材料所構成，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放出源而更高濃度之放出源(釷除外)，前述燒結體之前端側，係與前述前端部相抵接，在前述密閉空間內之前述燒結體的後端側，係被設置有將該燒結體朝向前述前端部側作推壓之推壓構件，前述推壓構件，係身為膨脹率為較前述本體部以及前述前端部而更大之高熔點材料。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之放電燈，其中，前述本體部以及前述前端部，係由以鎢作為主成分之材料所成，前述推壓構件，係藉由鉭(Ta)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、錸(Re)、鋨(Os)、銥(Ir)等之高熔點金屬或此些之合金、或者是由氧化鎂(MgO)、氧化鋁(Al₂O₃)、氧化鈣(CaO)、氧化鋯(ZrO₂)、氧化釔(Y₂O₃)、氧化鉿(HfO₂)之任一者所成之氧化物，所構 成者。
3. 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，前述本體部以及前述前端部，係由並不包含釷之高熔點金屬材料所構成，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放出源而更高濃度之放出源(釷除外)，前述燒結體之前端側，係與前述前端部相抵接，在前述密閉空間內之前述燒結體的後端側，係被設置有將該燒結體朝向前述前端部側作推壓之推壓構件，前述推壓構件，係為彈簧形狀之構件，並為藉由鎢(W)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、錸(Re)、鋨(Os)、銥(Ir)之任一者的高熔點金屬或此些之合金所構成者。
4. 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，前述本體部以及前述前端部，係由並不包含釷之高熔點金屬材料所構成， 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放出源而更高濃度之放出源(釷除外)，前述燒結體之前端側，係與前述前端部相抵接，前述燒結體，係具備有朝向前端部側而擴徑之錐狀部。
5. 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，前述本體部以及前述前端部，係由並不包含釷之高熔點金屬材料所構成，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放出源而更高濃度之放出源(釷除外)，在前述燒結體之外面，係被形成有圓周方向之凸部，在前述密閉空間之內面，係被形成有圓周方向之凹部，而相互作卡合。
6. 如申請專利範圍第5項所記載之放電燈，其中，前述燒結體之外面的凸部係為公螺紋，前述密閉空間之內面的凹部係為母螺紋，而相互作螺合。