WO2015049995A1

WO2015049995A1 - ショートアーク型放電ランプおよびショートアーク型放電ランプ用の陰極の製造方法

Info

Publication number: WO2015049995A1
Application number: PCT/JP2014/074663
Authority: WO
Inventors: 幸治田川; 充夫船越; 有本　智良; 優紀音嶋; 安田　幸夫
Original assignee: ウシオ電機株式会社
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2015-04-09
Also published as: CN105359252B; TW201530607A; TWI609407B; CN105359252A

Abstract

　所期の点灯始動性を安定して得ることのできるショートアーク型放電ランプ及び放電ランプ用の陰極の製造方法を提供する。　ショートアーク型放電ランプは、複数の陰極形成材が接合されて形成された陰極を備えており、エミッタ物質を含有する一の陰極形成材（３５）と、当該陰極形成材に接合される他の陰極形成材（３２）とが、当該陰極形成材の各々の間に介在された接合材（５０）を当該陰極形成材の各々に通電して溶融させることにより、接合された構成とされている。

Description

ショートアーク型放電ランプおよびショートアーク型放電ランプ用の陰極の製造方法

　本発明は、ショートアーク型放電ランプおよびショートアーク型放電ランプ用の陰極の製造方法に関する。特に、エミッタ物質を先端側部分に含む陰極を備えたショートアーク型放電ランプおよび当該陰極の製造方法に関する。

　ショートアーク型放電ランプ（以下、単に「放電ランプ」ともいう。）は、点光源に近いことから、光学系と組み合わせることにより、集光効率の高い露光装置の光源として利用されている。
　また、キセノンを封入したショートアーク型放電ランプは、映写機等の光源として利用されている。

　従来、この種の放電ランプの陰極には、点灯始動性を高める目的でエミッタ物質と呼ばれる仕事関数を低下させる材料が添加されている。陰極に含有されるエミッタ物質としては、始動性への貢献が優秀であることから、トリウム化合物が長らく利用されていた（特許文献１参照。）。しかしながら、トリウムは放射性の強い物質であり、近年の放射性物質規制によって輸出入の量的制限がかかるようになっている。そのため、比較的大型の放電ランプにおいては、陰極全体にトリウムを含有させることが困難になっている。

　そこで、特許文献２には、陰極の先端側部分のみにトリウムを含む構造、すなわち、必要な箇所に部分的にトリウムを含有させる構造が開示されている。この陰極は、先端部を構成するトリウムを含むタングステンよりなる陰極形成材と、胴体部を構成するトリウムを含まない純タングステンよりなる陰極形成材とが、拡散接合により接合されて構成されたものである。
　このような本体部を備えた陰極においては、接合部に十分に高い機械的強度が得られ、放電ランプの点灯中の温度条件、例えば２０００～２４００℃においても、陰極の先端部が脱落するといった問題が生ずることが回避される。

　しかしながら、上記のような陰極の製造方法では、陰極形成材料を接合するためには、真空装置や加熱・加圧装置など特別な設備が必要となり、これらの設備には高いコストがかかるという問題がある。
　また、接合工程において、真空処理、加熱処理、冷却処理などのプロセスに時間を要するという問題がある。さらに、製造時間が長いことによる製造コストも高くなるという問題がある。

　また、上述したように、トリウムは放射性元素であることから、トリウム化合物の管理や取り扱いに十分な配慮が必要とされる。
　このような事情から、最近においては、エミッタ物質として、酸化ランタン（Ｌａ₂Ｏ₃）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）などの非放射性の希少金属化合物やバリウム化合物が含有されてなる陰極が提案されている（特許文献３参照。）。

　しかしながら、エミッタ物質として希少金属化合物やバリウム化合物が含有されてなる陰極を用いた場合には、以下のような問題がある。
　放電ランプの陰極において、電子放射特性に寄与するエミッタ物質は当該陰極の先端側部分に存在するものだけである。ここで、陰極の先端側部分に存在するエミッタ物質は、放電ランプの点灯時に陰極の先端側部分が加熱されることによって蒸発するが、陰極の後端から先端に向かってエミッタ物質が移動することによって、当該陰極の先端側部分にはエミッタ物質が補給される。
　然るに、希少金属化合物やバリウム化合物よりなるエミッタ物質は、トリウム化合物よりなるエミッタ物質に比べて、放電ランプの点灯時において蒸発しやすい。そして、陰極の先端側部分においてエミッタ物質が蒸発する速度が、陰極の後端から先端に向かってエミッタが移動する速度より大きいと、陰極の先端側部分においてエミッタ物質が早期に枯渇する。このため、陰極に含有されるエミッタ物質としてトリウム化合物以外のものを使用した放電ランプにおいては、点灯状態が早期に不安定になる、という問題がある。特に、１ｋＷ以上の高入力の放電ランプにおいては、希少金属化合物やバリウム化合物の蒸発が著しく、点灯状態が早期に不安定になるという現象が顕著に生じてしまう。

　そこで、本発明者らは、陰極の内部に希少金属化合物やバリウム化合物よりなるエミッタ物質を高濃度で含有したエミッタ材が配置された形態の陰極を作製した。エミッタ材を陰極の内部に配置するためには、本体部内に凹部を形成する必要がある。そのため、本体部を切削するなどして、凹部を形成し、当該凹部にエミッタ材を配置した後、切削面を接合することとなる。このような接合処理においては、接合面同士を気密に接合することが難しく、接合面同士の間に僅かな間隙が形成されてしまう。このようにして作製された放電ランプを点灯させると、エミッタ物質は、蒸気圧が高いものであるために蒸発しやすいので、接合面同士の僅かな隙間から、液体や蒸気となって外部へ噴出する、という問題が生じた。

特開平１１－９６９６５号公報特開２０１２－１９０６２７号公報特開２００５－５１９４３５号公報

　本発明の目的は、エミッタ物質が必要な部位に部分的に含有された陰極を、ランプ点灯中の高温下においても十分に高い機械的強度が維持されるものとして構成することができ、所期の点灯始動性を安定して得ることのできるショートアーク型放電ランプを提供することにある。
　本発明の他の目的は、陰極に含有されるエミッタ物質がトリウム化合物以外のものであっても、エミッタ物質が外部へ噴出せず、長期間にわたって安定した点灯状態が達成されるショートアーク型放電ランプを提供することにある。
　本発明のさらに他の目的は、エミッタ物質が必要な部位に部分的に含有された、ランプ点灯中の高温下においても十分に高い機械的強度が維持される陰極を、簡便な方法により短時間で製造することのできる陰極の製造方法を提供することにある。

　本発明のショートアーク型放電ランプは、発光管の内部において、エミッタ物質を先端側部分に含有する陰極と陽極とが互いに対向して配置されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、
　前記陰極は、複数の陰極形成材が接合されて形成されており、
　前記エミッタ物質を含有する一の陰極形成材と、当該陰極形成材に接合される他の陰極形成材とが、当該陰極形成材の各々の間に介在された接合材を当該陰極形成材の各々に通電して溶融させることにより、接合されていることを特徴とする。

　本発明のショートアーク型放電ランプにおいては、前記陰極の内部には、前記一の陰極形成材と前記他の陰極形成材とによって取り囲まれた密閉空間を有し、当該密閉空間内に、トリウムを含まないエミッタ物質を含有するエミッタ材が配置された構成とされていることが好ましい。

　本発明のショートアーク型放電ランプにおいては、前記陰極は、胴体部と当該胴体部の先端面に連続する先端部とを有する本体部を備えており、
　前記一の陰極形成材が前記先端部を構成する先端部形成材であり、前記他の陰極形成材が前記胴体部を構成する胴体部形成材であって、
　当該胴体部材は、軸方向に沿って伸びる、陰極先端側において開口を有する凹部を有し、
　当該胴体部形成材の環状の先端面と前記先端部形成材の後端面とが前記接合材を介して接合された構成とすることができる。

　本発明のショートアーク型放電ランプにおいては、前記陰極は、本体部と当該本体部を保持する電極軸部とを有し、
　前記一の陰極形成材が本体部を構成する本体部形成材であり、前記他の陰極形成材が電極軸部を構成する芯棒部材であって、
　当該本体部形成材は、軸方向に沿って伸びる、陰極後端側において開口を有する第１凹部と、この第１凹部と連続して軸方向に沿って伸びる、前記第１凹部の内径より小さい内径を有する第２凹部とを有し、
　前記本体部形成材における前記第１凹部の環状の底面と、前記芯棒部材の先端面とが前記接合材を介して接合された構成とすることができる。

　本発明のショートアーク型放電ランプにおいては、前記接合材は、前記一の陰極形成材または前記他の陰極形成材と同一の材料よりなり、前記一の陰極形成材および前記他の陰極形成材の少なくとも一方に一体的に設けられた構成とすることができる。

　本発明のショートアーク型放電ランプにおいては、前記接合材は、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、レニウム（Ｒｅ）およびこれらの合金から選ばれるものにより構成することができる。

　本発明の陰極の製造方法は、エミッタ物質が先端側部分に含有された、ショートアーク型放電ランプ用の陰極を製造する方法であって、
　エミッタ物質が含有された一の陰極形成材と、当該一の陰極形成材と接合される他の陰極形成材とを、当該陰極形成材の各々における被接合面の間に接合材を介在させた状態で配置し、当該陰極形成材の各々に通電させることにより当該接合材を溶融させ、当該一の陰極形成材と他の陰極形成材とを接合する工程を有することを特徴とする。

　本発明の陰極の製造方法は、前記陰極が、胴体部と当該胴体部の先端面に連続する先端部とを有する本体部を備えたものであり、
　前記一の陰極形成材が先端部を構成する先端部形成材であり、前記他の陰極形成材が胴体部を構成する胴体部形成材であって、
　当該胴体部形成材および当該先端部形成材の少なくとも一方の被接合面に前記接合部を構成する突起部を形成する突起部形成工程と、
　前記突起部の先端と前記胴体部形成材または前記先端部形成材の被接合面とを対向させて当接させた状態で、当該胴体部形成材および当該先端部形成材の各々に通電させることにより前記突起部を溶融させ、当該胴体部形成材および当該先端部形成材を溶着して接合する接合工程とを有することを特徴とする。

　本発明の陰極の製造方法においては、前記接合工程により形成された接合体を、前記突起部による溶着部分の少なくとも一部が残存するように切削することにより、円錐台形状の先端部を形成する切削工程を有することが好ましい。

　本発明の陰極の製造方法においては、前記突起部が環状に形成されていることが好ましい。
　特に、前記胴体部形成材および前記先端部形成材の少なくとも一方に、エミッタ物質を含有するエミッタ材が被接合面に露出する状態で収容されるエミッタ材用凹部が形成されたものである場合には、前記突起部がエミッタ材用凹部の開口を取り囲む位置に形成されていることが好ましい。

　本発明の陰極の製造方法においては、前記胴体部形成材がタングステンからなり、
　前記先端部形成材が、エミッタ物質がドープされたタングステンからなることが好ましい。

　本発明のショートアーク型放電ランプによれば、エミッタ物質が必要な部位に部分的に含有された陰極を、ランプ点灯中の高温下においても十分に高い機械的強度が維持されるものとして構成することができ、所期の点灯始動性を安定して得ることができる。

　また、被接合面同士が接合材を介して気密に接合された２つの陰極形成材によって取り囲まれた密閉空間内にエミッタ材が配置された構成とされていることにより、放電ランプの点灯時においても、接合面からエミッタ物質が外部へ噴出することがなく、長期間にわたって安定した点灯状態が達成される。
　特に、放電ランプの点灯時において、トリウム化合物よりなるエミッタ物質に比べて蒸発しやすい、希少金属化合物よりなるエミッタ物質を含有してなる陰極を構成する場合において、極めて有用である。

　本発明の陰極の製造方法によれば、エミッタ物質が必要な部位に部分的に含有された陰極を簡便な方法により短時間で製造することができ、得られる陰極においては、点灯中の高温下においても機械的強度が維持される。

本発明のショートアーク型放電ランプの一例における構成を、発光管の一部を破断して示す説明図である。本発明のショートアーク型放電ランプにおける陰極の一構成例を概略的に示す説明用断面図である。図２に示す陰極の製造方法の一例において用いられる陰極形成材の構成を示す説明用断面図である。エミッタ材、並びに、接合材を構成する金属シートが、胴体部を構成する陰極形成材である胴体部形成材に配置された状態を示す説明用断面図である。胴体部形成材と、先端部を構成する陰極形成材である先端部形成材の接合工程を示す説明用断面図である。接合工程を経て得られた接合体に対して行われる切削工程を示す説明用断面図である。陰極の製造方法の他の例において用いられる本体部を構成する陰極形成材の構成を示す説明用断面図である。先端部を構成する陰極形成材である先端部形成材に、突起部が形成された状態を示す説明用断面図である。胴体部を構成する陰極形成材である胴体部形成材と先端部形成材の接合工程を示す説明用断面図である。接合工程を経て得られた接合体に対して行われる切削工程を示す説明用断面図である。図７に示す陰極形成材により構成される陰極の本体部の構成例を概略的に示す説明用断面図である。陰極の他の構成例における本体部の構成を概略的に示す説明用断面図である。本発明のショートアーク型放電ランプにおける陰極のさらに他の構成例を概略的に示す説明用断面図である。図１３に示す陰極の製造方法の一例において用いられる陰極形成材の構成を示す説明用断面図である。陰極のさらに他の構成例を、一部を省略して示す説明用断面図である。

　以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
　図１は、本発明のショートアーク型放電ランプの一例における構成を、発光管の一部を破断して示す説明図である。

　この放電ランプは、例えば石英ガラスよりなる発光管１０を有する。この発光管１０は、内部に放電空間Ｓを形成する外形が回転楕円体状の発光部１１と、この発光部１１の両端の各々に一体に連設された、管軸に沿って外方に伸びるロッド状の一方の封止部１２および他方の封止部１３とにより構成されている。

　この発光管１０の放電空間Ｓ内には、陽極２０および陰極３０が発光管１０の軸方向に沿って互いに対向するよう配置されている。

　発光管１０における発光部１１内には、例えば、水銀、キセノンガス等の希ガスなどの発光物質が封入されている。

　陽極２０は、例えばタングステンにより構成されており、本体部２１と、この本体部２１を保持する電極軸部２４を有する。本体部２１は、発光管１０の軸方向に沿って伸びる円柱状の中央部２１ａと、この中央部２１ａの先端に連続して形成された円錐台状の先端部２１ｂと、当該中央部２１ａの後端に連続して形成された円錐台状の後端部２１ｃとによって構成されている。

　陽極２０における電極軸部２４は、その先端部が本体部材２１の後端部２１ｃに接合されており、発光管１０の軸方向に沿って一方の封止部１２から放電空間Ｓ内に伸びるよう配置されている。また、電極軸部２４は、その基端部が一方の封止部１２に埋設されることによって当該一方の封止部１２に支持されている。

　一方の封止部１２の内部には、モリブデンよりなる金属箔（図示省略）が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。この金属箔の一端には、電極軸部２４の基端が溶接されて電気的に接続されている。また、金属箔の他端には、一方の封止部１２の外端から外方に突出する外部リード（図示省略）が溶接されて電気的に接続されている。

　陰極３０は、エミッタ物質を先端側部分に含有するものであり、本体部３１と、この本体部３１を保持する電極軸部３７を有する。陰極３０の構成については後述する。

　陰極３０における電極軸部３７は、発光管１０の軸方向に沿って他方の封止部１３から放電空間Ｓ内に伸びるよう配置されている。また、電極軸部３７は、その基端部が他方の封止部１３に埋設されることによって当該他方の封止部１３に支持されている。

　他方の封止部１３の内部には、モリブデンよりなる金属箔（図示省略）が、例えばシュリンクシールにより気密に埋設されている。この金属箔の一端には、電極軸部３７の基端が溶接されて電気的に接続されている。また、金属箔の他端には、他方の封止部１３の外端から外方に突出する外部リード（図示省略）が溶接されて電気的に接続されている。

　この例の放電ランプには、一方の封止部１２および他方の封止部１３の各々の端部に、口金１６，１７が設けられている。これらの口金１６，１７は、それぞれ外部リードに電気的に接続されている。

　なお、本発明に係る放電ランプは、垂直点灯する場合もあれば水平点灯する場合もあり、図１は、本発明の放電ランプの使用形態を限定するものではない。

　図２は、本発明のショートアーク型放電ランプにおける陰極の一構成例を概略的に示す説明用断面図である。
　陰極３０は、上述したように、本体部３１と、この本体部３２を保持する電極軸部３７とを有する。
　本体部３１は、胴体部３２と、この胴体部３２の先端面に連続する先端部３５とを有し、胴体部３２を構成する陰極形成部材である胴体部形成材と先端部３５を構成する陰極形成材である先端部形成材とが接合材を介して接合されて構成されている。本体部３１の内部には、これらの陰極形成材によって囲まれた密閉空間Ｍが形成されており、この密閉空間Ｍ内には、エミッタ材Ｅが配置されている。

　胴体部３２は、全体が略円柱状の形状を有し、その先端部が先端に向かって小径となる円錐台状に形成されている。胴体部３２の先端面は、円環状の形状を有し、平坦面とされている。
　胴体部３２は、エミッタ材Ｅが内部に収容される円柱状のエミッタ材用凹部３３を有する。このエミッタ材用凹部３３は、陰極先端側（図２における上端側）において開口し、軸方向に沿って伸びるよう形成されている。このエミッタ材用凹部３３は、当該エミッタ材用凹部３３の中心軸が胴体部３２の中心軸と一致した状態で形成されている。
　また、胴体部３２の後端部には、電極軸部３７を構成する陰極形成材である芯棒部材が挿入され接合される略円柱状の芯棒部材用凹部３４が形成されている。この芯棒部材用凹部３４は、陰極後端側（図２における下端側）において開口し、当該芯棒部材用凹部３４の中心軸が胴体部３２の中心軸と一致した状態で形成されている。

　胴体部３２は、タングステン部材により構成されている。本発明において、タングステン部材とは、少なくともタングステンを主成分として含有する材料であって、エミッタ物質や他の成分が含有されていてもよい。胴体部３２を構成するタングステン部材としては、例えば純度９９．９９質量％の純タングステン、粒子成長抑制剤として機能する酸化ジルコニウムがドープされたタングステンなどを用いることができる。なお、この例の陰極３０においては、胴体部形成材と先端部形成材とが別体であることから、胴体部３２と先端部３５とを互いに異なる材料によって構成することができる。そのため、胴体部３２は、エミッタ物質が含有されたものである必要はない。

　先端部３５は、先端に向かって小径となる円錐台状に形成されており、後端面は平坦面とされている。

　先端部３５は、エミッタ物質を含有するタングステン部材により構成されている。具体的には、エミッタ物質としてトリウムが用いられる場合には、酸化トリウム（ＴｈＯ₂）がドープされたタングステン（トリエーテッドタングステン）により構成することができる。ここに、エミッタ物質としてのトリウムは、主成分であるタングステンに、酸化トリウム（ＴｈＯ₂）またはトリウム（Ｔｈ）の状態で担持されている。また、トリウムを含まないエミッタ物質が用いられる場合には、エミッタ物質としての希少金属化合物がドープされたタングステンにより構成することができる。希少金属化合物としては、例えば酸化ランタン、酸化セリウムなどを例示することができる。
　先端部３５に含有されるエミッタ物質の濃度は、０．１～５．０質量％であることが好ましく、より好ましくは０．３～２．５質量％である。

　この陰極３０においては、胴体部形成材および先端部形成材が接合材を介して気密に接合されることによりエミッタ材用凹部３３に由来する密閉空間Ｍが形成されている。

　このような構成の陰極３０においては、エミッタ物質を含有した先端部３５と密閉空間Ｍ内に収容されたエミッタ材Ｅとが接触している構成であることが必須である。特に、エミッタ材Ｅが、エミッタ物質を含有した先端部３５と密着していることが好ましい。
　この例におけるエミッタ材Ｅは、密閉空間Ｍの形状に適合する形状、例えば円柱状の形状を有しており、その先端面（図２における上端面）が先端部３５の後端面に密着している。

　エミッタ材Ｅは、例えばトリウムを含まないエミッタ物質が含有されてなるものであり、具体的には、高融点金属材料およびエミッタ物質の焼結体により構成されている。
　エミッタ材Ｅを構成する高融点金属材料としては、タングステン、モリブデンなどを用いることができる。
　エミッタ材Ｅ中に含有されるエミッタ物質としては、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ガドリニウム、酸化サマリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジムあるいは酸化ハフニウムなどの希少金属化合物を用いることができる。

　エミッタ材Ｅにおけるエミッタ物質の濃度は、１０～８０質量％であることが好ましく、より好ましくは２０～５０質量％である。エミッタ材Ｅにおけるエミッタ物質の濃度が過小である場合には、陰極３０の先端に十分な量のエミッタを供給することが困難となることがある。その結果、放電ランプの点灯状態が早期に不安定になりやすい。一方、エミッタ材Ｅにおけるエミッタ物質の濃度が過大である場合には、エミッタ材Ｅにおけるタングステンの割合が低いため、酸化物の還元による生成物が減少してしまう。その結果、陰極３０の寿命が短くなりやすい。

　この例における接合材は、例えば金属シート（金属箔）５０により構成されており、胴体部３２の円環状の先端面と先端部３５の後端面との間に介在されて配置されている。
　この金属シート５０は、胴体部３２の先端面の外径に適合した外径を有すると共に、エミッタ材用凹部３３の内径（開口径）に適合した貫通孔５１を有する円環板状である（図３参照。）。このように、金属シート５０が貫通孔５１を有することにより、密閉空間Ｍ内に配置されたエミッタ材Ｅが、先端部３５の後端面と接触される構成とされている。

　金属シート５０は、先端部形成材および胴体部形成材に通電することにより溶融される金属材料により構成されている。具体的には、金属シート５０は、先端部形成材および胴体部形成材を構成する材料とは異種の高融点金属材料、あるいは先端部形成材または胴体部形成材と同一の材料により構成されている。

　金属シート５０を構成する高融点金属材料としては、先端部形成材および胴体部形成材の融点より低い融点を有し、かつ、放電ランプ点灯時の先端部３５および胴体部３２の温度より高い融点を有するものが用いられる。
　また、金属シート５０は、接合部、この例においては、先端部３５の後端面と胴体部３２の先端面との間において、少なくとも接合界面に合金を形成することとなる。このため、当該合金も、放電ランプ点灯時の先端部３５および胴体部３２の温度より高い温度で合金相を生じる組み合わせであることが必要である。そして、接合部の気密性を確保するために、放電ランプ点灯時に、当該接合部の合金が溶融して、接合面が剥離するなどの現象を避ける必要がある。このため、放電ランプ点灯時に、接合部の合金が液相を生じないものであることが必要である。なお、接合部の温度は最大で２０００～２５００℃程度と推定される。
　さらにまた、金属シート５０としては、発光部１１内の封入物と反応しないものから選択される。具体的には、封入物が希ガスである場合には、反応は起きないが、水銀やメタルハライドである場合には、水銀との合金化やハライドとの反応を起こす可能性がある。
　さらにまた、金属シート５０は、シール部材として使用するため、延性を有することが好ましい。特に、抵抗溶接により接合する場合には、加圧した上で通電するため、加圧時にクラックが生じないものが好ましい。

　以上の理由から、金属シート５０を構成する高融点金属材料としては、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、レニウム（Ｒｅ）またはこれらの合金から選ばれたものを用いることが好ましい。
　なお、接合材としては、金属シート５０だけでなく、金属粉末の成型体を用いることもできる。

　電極軸部３７は、例えばタングステンにより構成されており、胴体部３２における芯棒部材用凹部３４内に挿入される円柱状の小径部３８と、この小径部３８に連続して形成される大径部３９とを有する。小径部３８は、芯棒部材用凹部３４の内径に適合する外径を有し、先端面は平坦面とされている。大径部３９は、芯棒部材用凹部３４の内径より大きい外径を有する。

　上記構成の陰極３０においては、先端部３５に含有されているエミッタ物質が、ランプ点灯中に高温となることによって還元され、トリウムまたは希少金属の原子となって、タングステン粒の粒界拡散や表面拡散によって温度が高い先端面へ移動し、供給される。これによって、陰極先端面の仕事関数を低下させ、電子放出特性が良好なものとなる。

　図２に示す陰極３０は、例えば以下のようにして製造することができる。
　先ず、図３に示すように、それぞれ胴体部３２、先端部３５および電極軸部３７を構成する陰極形成材である胴体部形成材４２、先端部形成材４５、芯棒部材４７を用意する。また、接合材およびエミッタ材Ｅを用意する。
　胴体部形成材４２は、円柱状の胴体部形成材用金属体４２ａの先端側に円柱状のエミッタ材用凹部３３を形成すると共に後端側に略円柱状の芯棒部材用凹部３４を形成することにより得ることができる。先端部形成材４５は、胴体部形成材４２の外径と同等の大きさの外径を有する円柱状の形状を有する金属体である。芯棒部材４７は、形成すべき大径部３９と同一の大きさの外径を有する円柱状の芯棒部材用金属体の先端側部分を切削加工して小径部３８を形成することにより得ることができる。芯棒部材用金属体の後端側部分は、大径部３９を構成する。また、接合材を構成する金属シート５０は、例えば円板状のシート状の金属体５０ａにおける所定位置に貫通孔５１を形成して円環状に成形加工することにより得ることができる。

　エミッタ材Ｅは、以下のようにして製造することができる。先ず、例えばタングステンなどの高融点金属材料よりなる粉末とエミッタ物質よりなる粉末との混合物（質量比１：１）にステアリン酸などのバインダを添加することにより、エミッタ材用材料を調製する。次いで、エミッタ材用材料を加圧プレス等によって成型する。得られた成型体を、水素ガス雰囲気下において、例えば処理温度が１０００℃で処理時間が１時間の条件で加熱することにより、当該成型体に対して脱脂・仮焼結処理を行う。そして、脱脂・仮焼結処理された成型体に対して、減圧下において、処理温度が例えば１６００～２０００℃、好ましくは１７００～１９００℃、処理時間が例えば１時間の条件で、本焼結処理を行うことにより、エミッタ物質を含むタングステン焼結体よりなるエミッタ材Ｅが得られる。

　次いで、胴体部形成材４２と先端部形成材４５とを金属シート５０を介して接合する接合工程が行われる。この接合工程においては、先ず、図４に示すように、円柱状のエミッタ材Ｅを、胴体部形成材４２の被接合面を構成する先端面４２ｓに露出するように胴体部形成材４２の先端側のエミッタ材用凹部３３内に配置する。また、円環状の金属シート５０を、エミッタ材Ｅの先端面が露出される状態で、胴体部形成材４２の先端面上に配置する。そして、先端部形成材４２を金属シート５０上に配置し、当該金属シート５０を胴体部形成材４２の先端面４２ｓと先端部形成材４５の被接合面を構成する後端面４５ｓとによって挟持させる。次いで、図５に示すように、胴体部形成材４２と先端部形成材４５とを接合方向（図５において上下方向）に加圧した状態で通電させること（抵抗溶接）により、金属シート５０を加熱、溶融させる。図５における６０は、電流供給用電源である。そして、金属シート５０に由来する溶融された金属が、胴体部形成材４２の先端面４２ｓと先端部形成材４５の後端面４５ｓとの間の間隙に充填され、融着されることにより、図６に示すように、胴体部形成材４２と先端部形成材４５とによる接合体４８が形成される。この接合体４８においては、エミッタ材用凹部３３の開口が先端部形成材４５によって塞がれることにより、エミッタ材Ｅが収容されたエミッタ材用凹部３３の内部空間が気密に封止されて密閉空間Ｍが形成される。このような接合工程は、減圧下または不活性ガス雰囲気下で行われるが、Ａｒガス雰囲気下で行われることが好ましい。

　このようにして得られた接合体４８の先端側部分をテーパ状に切削加工することにより、本体部前駆体を形成する。図６に示す破線は切削面を示す。
　次いで、この本体部前駆体に対して、例えば処理温度が１５００～２４００℃で、処理時間が１時間の条件で真空熱処理を行うことにより、図２に示す陰極の本体部３１が形成される。その後、本体部３１における芯棒部材用凹部３４に芯棒部材４７の小径部３８を挿入して接合する。本体部３１に対する芯棒部材４７の接合方法としては、例えばスポット溶接法、拡散溶接法、圧入法などが挙げられる。これにより、目的とする陰極３０を得ることができる。

　図２に示す構成の陰極３０の本体部３１は、接合材として先端部形成材または胴体部形成材と同一の材質のものを用い、先端部形成材および胴体部形成材を接合することにより形成することができる。このような場合には、先端部形成材および胴体部形成材の少なくとも一方を、接合材が被接合面に一体に設けられた構成のものとすることができる。

　このような陰極の製造方法は、例えば下記（１）～（３）の工程を含む。
（１）胴体部形成材および先端部形成材の少なくとも一方の被接合面に、接合材を構成する突起部を形成する突起部形成工程
（２）突起部の先端面と本体部形成材または先端部形成材の被接合面とを当接させた状態で配置し、胴体部形成材と先端部形成材とを通電させることにより突起部を溶融させ、当該胴体部形成材および当該先端部形成材を溶着して接合体を形成する接合工程
（３）接合工程を経て得られた接合体を、突起部による溶着部分の少なくとも一部が残存するように切削することにより、円錐台形状の先端部を形成する切削工程

（１）突起部形成工程
　図７に示すように、胴体部形成材４２と先端部形成材４５とを用意する。この本体部形成材４２は、円柱状の胴体部形成材用金属体４２ａの先端側の中心部に、円柱状のエミッタ材用凹部３３を形成することにより、得ることできる。先端部形成材４５は、本体部形成材４１の外径と同等の大きさの外径を有する円柱状の金属体４５ａである。
　次に、図８に示すように、例えば先端部形成材４５を構成する金属体４５ａの後端面４５ｂに、接合材を構成する突起部５５を形成する。突起部５５の形成方法としては、例えば旋盤などで切削する方法が挙げられる。

　この例の突起部５５は、エミッタ材用凹部３３の開口の周囲を取り囲む位置において、周方向の全周にわたって伸びるよう円環状に形成されており、突起部５５の端面５６は平坦面とされている。突起部５５の陰極３０の軸方向に沿った切断面における端面形状は、例えば長方形状である。

　胴体部形成材４２と先端部形成材４５の接合工程においては、エミッタ材Ｅの露出面を確保しながら、その外周を溶着することが好ましい。このため、突起部５５が、エミッタ材用凹部３３の開口の周囲を取り囲む位置において、周方向の全周にわたって伸びるよう円環状に形成されていることにより、エミッタ材Ｅの先端面を先端部３５の後端面に接触させた状態を得ることができると共に、その外周の溶着部によってエミッタ材用凹部３３を密閉することができる。従って、エミッタ材Ｅからのエミッタ物質を先端部３５に確実に供給すると共に、エミッタ物質が漏出することを抑制することができる。

　突起部５５は、後述する切削工程において切削される領域部分（以下、「被切削部分」ともいう。）より陰極３０の中心軸側に形成されることが必須である。
　突起部５５の高さは、０．１～１．０ｍｍであることが好ましく、突起部５５の端面５６の幅は、１～３ｍｍ程度であることが好ましい。突起部５５は、先端部形成材４５の被接合面を構成する後端面４５ｓの中央領域を取り囲むように円環状に複数形成することもできる。
　また、突起部５５の端面５６の面積（Ｓｗ）は、後述する実験例からも示されるように、接合強度の観点から、胴体部形成材４２の被接合面を構成する先端面４２ｓまたは先端部形成材４５の被接合面を構成する後端面４５ｓの面積（Ｓ）の０．３倍以上の大きさであることが好ましく、より好ましくは０．５倍以上０．８倍以下の大きさである。

（２）接合工程
　図９に示すように、円柱状のエミッタ材Ｅを胴体部形成材４２の被接合面を構成する先端面４２ｓに露出するように胴体部形成材４２のエミッタ材用凹部３３内に配置する。そして、先端部形成材４５に形成された突起部５５の端面５６と胴体部形成材４２の先端面４２ｓとを当接させ、先端部形成材４５の中心軸と胴体部形成材４２の中心軸とが一致した状態で対向させて配置する。この状態を維持したまま、胴体部形成材４２と先端部形成材４５とを接合方向（図９において上下方向）に加圧した状態で通電させる。このとき、胴体部形成材４２および先端部形成材４５を通電加熱することにより、熱容量の大きい母体の材料よりも先に、熱容量の小さい突起部５５のみが溶融することとなる。このように、接合材としての突起部５５のみが溶融することにより、突起部５５と、対向する胴体部形成材４２の先端面４２ｓとが接着される。これにより、胴体部形成材４２と先端部形成材４５とが溶着され、図１０に示すように、胴体部形成材４２と先端部形成材４５とによる接合体４８が形成される。
　ここで、形成された接合体４８においては、胴体部形成材４２の先端面４２ｓと先端部形成材４５の後端面４５ｓとの界面（以下、「接合面」ともいう。）において、溶融された突起部５５によって溶着された部分（以下、「溶着部分」ともいう。）４８Ｘ以外の領域は、溶着されていない。

　通電条件としては、各陰極形成材の寸法や突起部５５の寸法によって異なるが、電流量が例えば５，０００～１０，０００Ａ、通電時間が例えば５～２０秒間である。

　以上のような接合工程によれば、従来の拡散接合に比べて、短時間での接合が可能となり製造時間を短縮することができる。ここで、従来の拡散接合においては、各陰極形成材の被接合面において、溶融点以下の温度で溶融させず接合させるため、１回の接合時間がおよそ１５～２０分間程度である。
　また、上記の接合方法は、完全な平面同士で接合する方法ではないが、接合面の周方向に均一な溶着部分４８Ｘを形成することにより、接合面での接合に準じた接合強度を得ることができる。
　さらに、接合面において、溶着されていない領域があることにより、先端部３５の熱が胴体部３２に伝導し難く、先端部３５の温度が高温に維持されるので、エミッタ効率が維持される。

（３）切削工程
　図１０に示すように、接合工程により形成された接合体４８を、溶着部分４８Ｘの少なくとも一部が残存するように、例えば旋盤などで切削することにより、図２示す構成と実質的に同一の構成を有する陰極３０の本体部３１が形成される。このようにして得られた本体部３１を図１１に示す。この本体部３１においては、先端部形成材４５に形成された接合材としての突起部５５は、胴体部形成材４２と一体化している。
　切削工程においては、溶着部分４８Ｘの全てが除去されないように切削することが必須であるが、得られる陰極３０の機械的強度の観点から、図１０において破線で示すように、溶着部分４８Ｘよりも外側の部分を切削することが好ましい。すなわち、被切削部分４８ａが溶着部分４８Ｘと一部重なっていてもよいが、被切削部分４８ａが溶着部分４８Ｘよりも外側であることが好ましい。

　なお、図１０に示す例では、胴体部形成材４２の一部についても切削されているが、先端部形成材４５のみを切削してもよい。

　以上のように、上記の陰極３０の製造方法においては、胴体部形成材４２の被接合面を構成する先端面４２ｓと先端部形成材４５の被接合面を構成する後端面４５ｓとの間に介在される金属シート５０または突起部５５よりなる接合材を、胴体部形成材４２および先端部形成材４５に通電させることにより加熱、溶融し、胴体部形成材４２と先端部形成材４５とを溶着して接合する接合工程を有している。そのため、エミッタ材Ｅが収容される密閉空間Ｍを画成する胴体部形成材４２と先端部形成材４５とを気密に接合する接合処理を、従来の拡散接合に比べて、簡便に、かつ、短時間で行うことができ、陰極３０自体の製造時間を短縮することができる。また、得られる陰極３０は、放電ランプ点灯中の高温下においても十分に高い機械的強度を有するものとなる。

　而して、上記の製造方法によって得られる陰極３０における本体部３１は、被接合面同士が接合材を介して気密に接合された胴体部形成材４２と先端部形成材４５とによって取り囲まれた密閉空間Ｍ内にエミッタ材４３が配置されている。従って、このような陰極４０を備えた放電ランプによれば、放電ランプの点灯時においても、接合面からエミッタ物質が外部へ噴出することがなく、長期間にわたって安定した点灯状態が達成される。特に、放電ランプの点灯時において、トリウム化合物よりなるエミッタ物質に比べて蒸発しやすい、希少金属化合物よりなるエミッタ物質を含有してなる陰極を構成する場合において、本発明に係る陰極３０の構造は極めて有用なものとなる。

　本発明においては、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
　例えば、エミッタ材用凹部は、胴体部形成材および先端部形成材の少なくとも一方に形成されればよく、図１２に示すように、先端部３５を形成する先端部形成材にエミッタ材用凹部３３が形成されていてもよい。

　また例えば、接合材としての突起部５５は、胴体部形成材４２に形成されていても、胴体部形成材４２および先端部形成材４５の双方に形成されていてもよい。突起部５５が、胴体部形成材４２および先端部形成材４５の双方に形成される場合には、双方の突起部５５の端面５６同士が対向するように形成されることが好ましい。
　さらに例えば、突起部５５は、環状に形成されていることに限定されず、例えば円盤状に形成されていてもよい。突起部５５が環状に形成されている場合でも、部分的に間隙がある状態でもよい。また、突起部５５の陰極３０の軸方向に沿った切断面における端面形状としては、例えば、台形状、矩形状などが挙げられるが、突起部５５の端面５６は、平坦面であることに限定されず、曲面であってもよい。

　さらにまた、陰極３０におけるエミッタ材Ｅが収容される密閉空間Ｍは、本体部を構成する陰極形成材である本体部形成材と、電極軸部を構成する陰極形成材である芯棒部材とによって画成された構成とすることができる。

　図１３は、本発明のショートアーク型放電ランプにおける陰極のさらに他の構成例を概略的に示す説明用断面図である。
　この陰極３０は、本体部３１と、この本体部３１を保持する電極軸部３７とを有し、本体部３１を構成する陰極形成部材である本体部形成材と電極軸部３７を構成する陰極形成材である芯棒部材とが接合材を介して接合されて形成されている。本体部３１の内部には、これらの陰極形成材によって囲まれた密閉空間Ｍが形成されており、この密閉空間Ｍ内には、エミッタ材Ｅが配置されている。

　この例の本体部３１は、全体が略円柱状の形状を有し、その先端部が先端に向かって小径となる円錐台状に形成されている。
　本体部３１には、電極軸部３７が挿入される円柱状の第１凹部３１ａと、エミッタ材Ｅが収容される円柱状の第２凹部３１ｂとを有している。第１凹部３１ａは、後端側（図１３における下端側）において開口を有し、軸方向に沿って伸びるよう形成されている。第２凹部３１ｂは、第１凹部３１ａと連続して軸方向に沿って伸びるよう形成されており、第１凹部３１ａの内径より小さい内径を有する。第１凹部３１ａおよび第２凹部３１ｂは、中心軸が本体部３１の中心軸と一致した状態で形成されている。第１凹部３１ａの底面３５１ａは、円環状の形状を有している。第１凹部３１ａの底面３１ｃおよび第２凹部３１ｂの底面は、それぞれ平坦面とされている。

　本体部３１は、少なくとも先端側部分にエミッタ物質が含有されたタングステン部材により形成されている。エミッタ物質の濃度は、例えば０．１～３．０質量％である。エミッタ物質としては、図２に示す陰極３０を構成するものとして例示したものを用いることができる。

　電極軸部３７は、例えばタングステンによって構成されており、本体部３１の第１凹部３１ａ内に挿入される円柱状の小径部３８と、この小径部３８に連続して形成される円柱状の大径部３９とを有する。小径部３８は、第１凹部３１ａの内径に適合する外径を有し、先端面は平坦面とされている。大径部３９は、第１凹部３１ａの内径より大きい外径を有する。

　この陰極３０においては、本体部形成材および芯棒部材が接合材を介して気密に接合されることにより第２凹部３１ｂに由来する密閉空間Ｍが形成されている。

　この陰極３０においては、本体部３１におけるエミッタ物質を含有した先端側部分と密閉空間Ｍ内のエミッタ材Ｅとが接触している構成であることが必須である。特に、エミッタ材Ｅが、エミッタ物質を含有した先端側部分と密着していることが好ましい。

　エミッタ材Ｅは、本体部形成材と芯棒部材とによって画成された密閉空間Ｍの形状に適合する形状、例えば円柱状の形状を有しており、その先端面（図１３における上端面）が本体部３１の第２凹部３１ｂの底面に密着している。
　エミッタ材Ｅを構成する材料としては、図２に示す陰極３０を構成するものとして例示したものを用いることができる。

　接合材は、例えば金属シート５０により構成されており、第１凹部３１ａの円環状の底面４０ｓと電極軸部３７の小径部３８の先端面４７ｓの周縁部との間に介在されて配置されている。
　この金属シート５０は、第１凹部３１ａの内径に適合した外径を有すると共に、第２凹部３１ｂの内径（開口径）に適合した貫通孔５１を有する円環状の形状を有している（図１４参照。）。また、この例の金属シート５０においては、貫通孔を有しない円盤状のものであってもよい。
　金属シート５０を構成する材料としては、図２に示す陰極を構成するものとして例示したものを用いることができる。

　このような陰極３０は、例えば以下のようにして製造することができる。
　先ず、図１４に示すように、本体部形成材４０、芯棒部材４７、接合材およびエミッタ材Ｅを用意する。
　本体部形成材４０は、円柱状の本体部形成材用金属体４０ａの後端側に開口する第１凹部３１ａを形成すると共に第１凹部３１ａに連続する第２凹部３１ｂを形成し、さらに、先端側部分をテーパ状に切削加工することにより、得ることができる。芯棒部材４７は、形成すべき大径部３９と同一の大きさの外径を有する円柱状の芯棒部材用金属体の先端側部分を切削加工して小径部３８を形成することにより得ることができる。芯棒部材用金属体の後端側部分は、大径部３９を構成する。また、接合材を構成する金属シート５０は、例えば円板状のシート状の金属体５０ａにおける所定位置に貫通孔５１を形成して円環状に成形加工することにより得ることができる。エミッタ材Ｅは、上述した方法と同様に製造することができる。

　次いで、本体部形成材４０と芯棒部材４７とを金属シート５０を介して接合する接合工程が行われる。この接合工程においては、先ず、円柱状のエミッタ材Ｅを、その先端面が本体部形成材４０の被接合面を構成する第１凹部３１ａの底面４０ｓに露出するように、本体部形成材４０の第２凹部３１ｂ内に配置する。また、第１凹部３１ａの底面４０ｓに金属シート５０を、エミッタ材Ｅの先端面が露出される状態で、第１凹部３１ａの底面４０ｓに配置する。そして、第１凹部３１ａに芯棒部材４７の小径部３８を挿入し、第１凹部３１ａの底面４０ｓと芯棒部材４７の被接合面を構成する先端面４７ｓとによって金属シート５０を挟持させる。その後、本体部形成材４０と芯棒部材４７とを接合方向に加圧した状態で通電させること（抵抗溶接）により、金属シート５０を加熱、溶融させる。この金属シート５０に由来する溶融された金属が、本体部形成材４０における第１凹部３１ａの底面４０ｓと芯棒部材４７の先端面４７ｓとの間の間隙に充填され、融着されることにより、本体部形成材４０と芯棒部材４７とが接合された陰極前駆体が形成される。この陰極前駆体においては、第２凹部３１ｂの開口が芯棒部材４７によって塞がれることによって、エミッタ材Ｅが収容された第２凹部３１ｂの内部空間が気密に封止されて密閉空間Ｍが形成される。このような接合処理は、減圧下または不活性ガス雰囲気下で行われるが、Ａｒガス雰囲気下で行われることが好ましい。
　その後、陰極前駆体に対して真空熱処理を行うことにより目的とする陰極３０が得られる。真空熱処理の条件は、例えば、処理温度が２０００～２４００℃であり、処理時間が１時間である。

　以上のように、上記の陰極３０の製造方法においては、本体部形成材４０の被接合面を構成する第１凹部３１ａの底面４０ｓと、芯棒部材４７の被接合面を構成する先端面４７ｓとの間に介在されて配置される接合材である金属シート５０を、本体部形成材４０および芯棒部材４７に通電させることにより加熱、溶融し、本体部形成材４０と芯棒部材４７とを溶着して接合する接合工程を有している。そのため、エミッタ材Ｅが収容される密閉空間Ｍを画成する本体部形成材４０と芯棒部材４７とを気密に接合する接合処理を、従来の拡散接合に比べて、簡便に、かつ、短時間で行うことができ、陰極３０自体の製造時間を短縮することができる。また、得られる陰極３０は、放電ランプ点灯中の高温下においても、十分に高い機械的強度を有するものとなる。

　而して、上記の製造方法によって得られる陰極３０の本体部３１は、被接合面同士が金属シート５０よりなる接合材を介して気密に接合された本体部形成材４０と芯棒部材４７とによって取り囲まれた密閉空間Ｍ内にエミッタ材Ｅが配置されている。従って、このような陰極４０を備えた放電ランプによれば、放電ランプの点灯時においても、接合面からエミッタ物質が外部へ噴出することがなく、長期間にわたって安定した点灯状態が達成される。特に、放電ランプの点灯時において、トリウム化合物よりなるエミッタ物質に比べて蒸発しやすい、希少金属化合物よりなるエミッタ物質を含有してなる陰極を構成する場合において、本発明に係る陰極３０の構造は極めて有用なものとなる。

　また、陰極が、例えばトリウムよりなるエミッタ物質が必要な箇所に部分的に含有された構成のものなどにおいては、図１５に示すように、本体部の内部にエミッタ材が配置された構成とされていなくてもよい。この例の陰極の本体部３１は、エミッタ材を具備しないことの他は、図１１に示す構成の本体部３１と同一の基本構成を有するものである。

　このような構成の陰極３０の本体部３１を製造する場合においても、例えば図１１に示す本体部３１を製造する方法と同一の方法を利用することができ、胴体部形成材と先端部形成材との接合処理を、従来の拡散接合に比べて、簡便に、かつ、短時間で行うことができ、陰極自体の製造時間を短縮することができる。また、得られる陰極は、放電ランプ点灯中の高温下においても十分に高い機械的強度を有するものとなる。

〔実験例１〕
　先端部形成材と胴体部形成材の接合において、拡散接合によって得られた接合体と、本発明に係る突起部により構成される接合材を溶着すること（以下、「突起溶着」ともいう。）によって得られた接合体との接合強度を測定した。
　具体的には、純タングステンからなる外径φ１５ｍｍ、全長８０ｍｍの胴体部形成材（４２）と、ＴｈＯ₂をドープしたタングステン（ＴｈＯ₂の濃度：２質量％）からなる外径φ１５ｍｍ、全長８０ｍｍの先端部形成材（４５）との接合を、拡散接合と突起溶着とで行い、得られた接合体の引張強度をそれぞれ測定した。なお、突起溶着については、先端部形成材の被接合面に高さ１ｍｍの突起部（５５）を円環状に形成した。
　また、接合強度の測定は、突起部（５５）の端面（５６）の面積Ｓｗ（ｍｍ²）を適宜変更して行った。突起部（５５）の端面（５６）の面積は、先端部形成材（４５）の被接合面（４５ｓ）の面積を「Ｓ（ｍｍ²）」としたとき、０．２×Ｓ（ｍｍ²）、０．３×Ｓ（ｍｍ²）、０．５×Ｓ（ｍｍ²）およびＳ（ｍｍ²）となる大きさとした。

　表１の結果より、突起溶着により得られる本発明に係る接合体においては、突起部の端面の面積Ｓｗが０．３×Ｓ以上である場合に、拡散接合を上回る接合強度が得られることが確認された。

〔実験例２〕
〈接合体の作製例１〉
　以下に示す工程を経て、図１５に示す構成を有する陰極の本体部を作製した。
（１）突起部形成工程
　下記寸法となるように、各陰極形成材を切削処理し、表面を研磨・洗浄処理し、水素処理を１０００℃で行った。なお、接合材としての突起部（５５）は、先端部形成材（４５）に形成した。
　胴体部形成材（４２）の寸法：外径１０ｍｍ、全長１８ｍｍ
　胴体部形成材（４２）の材質：純タングステン
　先端部形成材（４５）の寸法：外径１０ｍｍ、全長１０ｍｍ
　先端部形成材（４５）の材質：ＴｈＯ₂をドープしたタングステン（ＴｈＯ₂の濃度：２質量％）
　突起部（５５）の寸法：外径７ｍｍ、幅２．４ｍｍ、高さ１ｍｍ、端面（５６）の面積は、先端部形成材（４５）の被接合面（４５ｓ）の面積の０．３倍の大きさ
（２）接合工程
　突起部（５５）の端面（５６）と先端部形成材（４５）の被接合面（４５ｓ）とを当接させた状態で対向させて配置し、胴体部形成材（４２）と先端部形成材（４５）とを加圧５ｋＮの加圧条件で接合方向に加圧しながら、電流１０，０００Ａ、１０秒間の通電条件で通電させた。
（３）切削工程
　接合工程により形成された接合体を、下記の寸法となるように切削した後、洗浄を行い、さらに、真空熱処理を行い、陰極の本体部（３１）作製した（以下、「接合体〔Ａ〕」という。）。この接合体〔Ａ〕は、例えば７ｋＷのキセノンランプ用の陰極の本体部として用いられるものである。
　接合体〔Ａ〕の寸法：外径１０ｍｍ、全長２１ｍｍ、先端角４０度

〈接合体の作製例２〉
　以下に示す工程を経て、図１１に示す構成を有する陰極の本体部を作製した。
（１）突起部形成工程
　下記寸法となるように、各陰極形成材を切削処理し、表面を研磨・洗浄処理し、水素処理を１０００℃で行った。なお、突起部（５５）は、先端部形成材（４５）に形成し、胴体部形成材（４２）にエミッタ材用凹部（３３）を形成した。
　胴体部形成材（４２）の寸法：外径８ｍｍ、全長４１．５ｍｍ
　胴体部形成材（４２）の材質：純タングステン
　先端部形成材（４５）の寸法：外径８ｍｍ、全長１０ｍｍ
　先端部形成材（４５）の材質：ＣｅＯ₂をドープしたタングステン（ＣｅＯ₂の濃度：２質量％）
　突起部（５５）の寸法：外径５．６ｍｍ、幅１．１ｍｍ、高さ１ｍｍ、端面（５６）の面積が、先端部形成材（４５）の被接合面（４５ｓ）の面積の０．３倍の大きさ
　エミッタ材用凹部（３３）の寸法：孔径２．５ｍｍ、全長３ｍｍ
　エミッタ部材（Ｅ）の材料：ＣｅＯ₂，ＺｒＯ₂，Ｗの焼結体
（２）接合工程
　エミッタ材用凹部（３３）にエミッタ部材（Ｅ）を挿入し、突起部（５５）の端面（５６）と先端部形成材（４５）の被接合面（４５ｓ）とを対向させて当接させ、胴体部形成材（４２）と先端部形成材（４５）とを３ｋＮの加圧条件で接合方向に加圧しながら、電流６，０００Ａ、１０秒間の通電条件で通電させた。
（３）切削工程
　接合工程により形成された接合体を、下記の寸法となるように切削した後、洗浄を行い、さらに、真空熱処理を行い、陰極の本体部（３１）を作製した（以下、「接合体〔Ｂ〕」という。）。この接合体〔Ｂ〕は、２ｋＷの高圧ＵＶランプ用の陰極の本体部として用いられるものである。
　接合体〔Ｂ〕の寸法：外径８ｍｍ、全長５０ｍｍ、先端角４０度

〈接合体の作製例３〉
　接合体の作製例１において、突起部形成工程において突起部を形成せず、接合工程において、真空処理、加熱処理（１８００℃、７分間）および冷却処理により拡散接合を行ったことの他は同様にして、比較用の陰極の本体部を作製した（以下、「接合体〔Ｃ〕」という。）。

　以上のようにして得られた接合体〔Ａ〕，〔Ｂ〕および接合体〔Ｃ〕の引張強度を測定したところ、いずれも同程度の接合強度であった。
　以上の結果から明らかなように、本発明に係る突起溶着による接合方法によれば、拡散接合により得られる接合体と同等の機械的強度が得られる接合体を、拡散接合に比べて短時間で、製造することができることが確認された。

〈実施例１〉
　図２に示す構成に従い、下記の仕様の陰極〔１〕を作製した。
　胴体部材：材質＝酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）がドープされたタングステン（ＺｒＯ₂の濃度が２ｗｔ％），最大外径＝１２ｍｍ，軸方向の長さ＝１８ｍｍ，先端面の内径（凹部の開口径）＝３．０ｍｍ
　エミッタ材用凹部の内径＝３．０ｍｍ
　芯棒部材用凹部の内径＝３．８ｍｍ，軸方向の長さ＝８．５ｍｍ
　先端部形成材：材質＝酸化ランタン（Ｌａ₂Ｏ₃）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）がドープされたタングステン（Ｌａ₂Ｏ₃ の濃度が２．５ｗｔ％，ＺｒＯ₂の濃度が０．１ｗｔ％），切削前の先端面の外径＝１２ｍｍ，軸方向の長さ＝３．０ｍｍ
　エミッタ材：材質＝酸化セリウム（ＣｅＯ₂）とタングステン（Ｗ）との焼結体（ＣｅＯ₂とＷとの質量比が１：１），外径＝２．５ｍｍ，軸方向の長さ＝５．０ｍｍ
　芯棒部材：材質＝タングステン，全長＝１５５ｍｍ，小径部の外径＝３．７５ｍｍ，大径部の外径＝６．０ｍｍ
　金属シート：材質＝タンタル（Ｔａ），切削前寸法（接合材用金属シートの寸法）で、外径＝１２ｍｍ，内径（貫通孔の孔径）＝３．４ｍｍ、厚さ＝２０μｍ（最大４０μｍ）

　また、上記の陰極の製造条件は、以下の通りである。
［エミッタ材］
　脱脂・仮焼結処理：
　水素ガス雰囲気下，処理温度＝１０００℃，処理時間＝１時間
　本焼結処理：減圧下（１×１０^-5Ｐａ以下），処理温度＝１８００℃，処理時間＝１時間
［陰極］
　接合処理：
　胴体部材用金属体と先端部材用金属体との間を抵抗溶接することにより、接合材（接合材用金属シート）を加熱、溶融させた。
　Ａｒガス雰囲気下，通電電流＝１０，０００Ａ，処理時間＝１０秒間
　また、胴体部材用金属体と芯棒部材とをＴａ箔を巻き付け圧入することにより、接合させた。
　真空熱処理：
　減圧下（１×１０^-5Ｐａ以下），処理温度＝２２００℃，処理時間＝１時間

　上記の陰極〔１〕を用い、図１に示す構成に従って、下記の仕様の放電ランプ〔１〕を作製した。
　発光管：材質＝石英ガラス，最大内径＝１０９ｍｍ
　陽極：材質＝タングステン，外径＝３５ｍｍ，軸方向の長さ＝６５ｍｍ
　電極間距離：９ｍｍ
　定格入力：７ｋＷ

　上記の放電ランプ〔１〕を、電圧が３５Ｖ、電流が１４０Ａの条件で点灯させ、フリッカが発生するまでの点灯時間を測定したところ、５００時間であった。また、点灯を開始してから５００時間経過後における放電ランプ〔１〕の照度維持率は６０％であった。

〈実施例２〉
　図１３に示す構成に従い、下記の仕様の陰極〔２〕を作製した。
　本体部材：材質＝酸化ランタン（Ｌａ₂Ｏ₃）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）がドープされたタングステン（Ｌａ₂Ｏ₃の濃度が２．５ｗｔ％、ＺｒＯ₂の濃度が０．１ｗｔ％），最大外径＝１２ｍｍ，軸方向の長さ＝２１ｍｍ
　第１凹部の内径＝５．０ｍｍ，軸方向の長さ＝１１ｍｍ，底面の外径＝５．０ｍｍ，底面の内径＝３．０ｍｍ
　第２凹部の内径＝３．０ｍｍ
　エミッタ材：材質＝酸化セリウム（ＣｅＯ₂）とタングステン（Ｗ）との焼結体（ＣｅＯ₂とＷとの質量比が１：１），外径＝２．５ｍｍ，軸方向の長さ＝５．０ｍｍ
　芯棒部材：材質＝タングステン，全長＝１５５ｍｍ，小径部の外径＝４．９ｍｍ，大径部の外径＝６．０ｍｍ
　接合材：材質＝タンタル（Ｔａ），外径＝４．９５ｍｍ，内径（貫通孔の孔径）＝３．１ｍｍ、厚さ＝２０μｍ（最大４０μｍ）

　また、上記の陰極の製造条件は、以下の通りである。
［エミッタ材］
　脱脂・仮焼結処理：
　水素ガス雰囲気下，処理温度＝１０００℃，処理時間＝１時間
　本焼結処理：減圧下（１×１０^-5Ｐａ以下），処理温度＝１８００℃，処理時間＝１時間
［陰極］
　接合処理：
　本体部材と芯棒部材との間を抵抗溶接することにより、接合材を加熱、溶融させた。
　Ａｒガス雰囲気下，通電電流＝２，０００Ａ，処理時間＝１０秒間
　真空熱処理：
　減圧下（１×１０^-5Ｐａ以下），処理温度＝２２００℃，処理時間＝１時間

　上記の陰極〔２〕を用い、図１に示す構成に従って、下記の仕様の放電ランプ〔２〕を作製した。
　発光管：材質＝石英ガラス，最大内径＝１０９ｍｍ
　陽極：材質＝タングステン，外径＝３５ｍｍ，軸方向の長さ＝６５ｍｍ
　電極間距離：９ｍｍ
　定格入力：７ｋＷ

　上記の放電ランプ〔２〕を、電圧が３５Ｖ、電流が１４０Ａの条件で点灯させ、フリッカが発生するまでの点灯時間を測定したところ、５００時間であった。また、点灯を開始してから５００時間経過後における放電ランプ〔２〕の照度維持率は６０％であった。

〈比較例１〉
　接合材を用いずに接合を行ったこと以外は実施例２の方法と同様にして、比較用の陰極〔３〕を作製した。そして、比較用の陰極〔３〕を用いたことの他は、実施例２において作製した放電ランプ〔２〕と同一の仕様を有する放電ランプ〔３〕を作製した。

　上記の放電ランプ〔３〕を、電圧が３５Ｖ、電流が１４０Ａの条件で点灯させ、フリッカが発生するまでの点灯時間を測定したところ、１００時間であった。また、点灯を開始してから１００時間経過後における放電ランプ〔３〕の照度維持率は５０％であった。

　以上の結果から明らかなように、実施例１に係る放電ランプ〔１〕および実施例２に係る放電ランプ〔２〕によれば、長期間にわたって安定した点灯状態が達成されることが確認された。
　これに対して、比較例１に係る放電ランプ〔３〕においては、点灯状態が早期に不安定となった。これは、放電ランプの点灯時において、接合面同士の間の間隙、すなわち本体部材の第１凹部の底面と芯棒部材の先端面との間の間隙から、エミッタ物質が漏出し、エミッタ物質が十分に先端へ供給されなかったためと考えられる。

　１０　　発光管
　１１　　発光部
　１２　　一方の封止部
　１３　　他方の封止部
　１６　　口金
　１７　　口金
　２０　　陽極
　２１　　本体部材
　２１ａ　中央部
　２１ｂ　先端部
　２１ｃ　後端部
　２４　　電極軸部
　３０　　陰極
　３１　　本体部
　３１ａ　第１凹部
　３１ｂ　第２凹部
　３２　　胴体部
　３３　　エミッタ材用凹部
　３４　　芯棒部材用凹部
　３５　　先端部
　３７　　電極軸部
　３８　　小径部
　３９　　大径部
　４０　　本体部形成材
　４０ｓ　第１凹部の底面
　４２　　胴体部形成材
　４２ａ　胴体部形成材用金属体
　４２ｓ　先端面
　４５　　先端部形成材
　４５ａ　金属体
　４５ｓ　後端面
　４７　　芯棒部材
　４７ｓ　先端面
　４８　　接合体
　４８ａ　被切削部分
　４８ｘ　溶着部分
　５０　　金属シート
　５０ａ　金属体
　５１　　貫通孔
　５５　　突起部
　５６　　端面
　６０　　電流供給用電源
　　Ｅ　　エミッタ材
　　Ｍ　　密閉空間
　　Ｓ　　放電空間

Claims

　発光管の内部において、エミッタ物質を先端側部分に含有する陰極と陽極とが互いに対向して配置されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、
　前記陰極は、複数の陰極形成材が接合されて形成されており、
　前記エミッタ物質を含有する一の陰極形成材と、当該陰極形成材に接合される他の陰極形成材とが、当該陰極形成材の各々の間に介在された接合材を当該陰極形成材の各々に通電して溶融させることにより、接合されていることを特徴とするショートアーク型放電ランプ。
　前記陰極の内部には、前記一の陰極形成材と前記他の陰極形成材とによって取り囲まれた密閉空間を有し、当該密閉空間内に、トリウムを含まないエミッタ物質を含有するエミッタ材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のショートアーク型放電ランプ。
　前記陰極は、胴体部と当該胴体部の先端面に連続する先端部とを有する本体部を備えており、
　前記一の陰極形成材が前記先端部を構成する先端部形成材であり、前記他の陰極形成材が前記胴体部を構成する胴体部形成材であって、
　当該胴体部材は、軸方向に沿って伸びる、陰極先端側において開口を有する凹部を有し、
　当該胴体部形成材の環状の先端面と前記先端部形成材の後端面とが前記接合材を介して接合されていることを特徴とする請求項２に記載のショートアーク型放電ランプ。
　前記陰極は、本体部と当該本体部を保持する電極軸部とを有し、
　前記一の陰極形成材が本体部を構成する本体部形成材であり、前記他の陰極形成材が電極軸部を構成する芯棒部材であって、
　当該本体部形成材は、軸方向に沿って伸びる、陰極後端側において開口を有する第１凹部と、この第１凹部と連続して軸方向に沿って伸びる、前記第１凹部の内径より小さい内径を有する第２凹部とを有し、
　前記本体部形成材における前記第１凹部の環状の底面と、前記芯棒部材の先端面とが前記接合材を介して接合されていることを特徴とする請求項２に記載のショートアーク型放電ランプ。
　前記接合材は、前記一の陰極形成材または前記他の陰極形成材と同一の材料よりなり、前記一の陰極形成材および前記他の陰極形成材の少なくとも一方に一体的に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のショートアーク型放電ランプ。
　前記接合材は、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、レニウム（Ｒｅ）およびこれらの合金から選ばれるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のショートアーク型放電ランプ。
　エミッタ物質が先端側部分に含有された、ショートアーク型放電ランプ用の陰極を製造する方法であって、
　エミッタ物質が含有された一の陰極形成材と、当該一の陰極形成材と接合される他の陰極形成材とを、当該陰極形成材の各々における被接合面の間に接合材を介在させた状態で配置し、当該陰極形成材の各々に通電させることにより当該接合材を溶融させ、当該一の陰極形成材と他の陰極形成材とを接合する工程を有することを特徴とする陰極の製造方法。
　前記陰極が、胴体部と当該胴体部の先端面に連続する先端部とを有する本体部を備えたものであり、
　前記一の陰極形成材が先端部を構成する先端部形成材であり、前記他の陰極形成材が胴体部を構成する胴体部形成材であって、
　当該胴体部形成材および当該先端部形成材の少なくとも一方の被接合面に前記接合部を構成する突起部を形成する突起部形成工程と、
　前記突起部の先端と前記胴体部形成材または前記先端部形成材の被接合面とを対向させて当接させた状態で、当該胴体部形成材および当該先端部形成材の各々に通電させることにより前記突起部を溶融させ、当該胴体部形成材および当該先端部形成材を溶着して接合する接合工程とを有することを特徴とする請求項７に記載の陰極の製造方法。
　前記接合工程により形成された接合体を、前記突起部による溶着部分の少なくとも一部が残存するように切削することにより、円錐台形状の先端部を形成する切削工程を有することを特徴とする請求項８に記載の陰極の製造方法。
　前記突起部が環状に形成されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の陰極の製造方法。
　前記胴体部形成材および前記先端部形成材の少なくとも一方に、エミッタ物質を含有するエミッタ材が被接合面に露出する状態で収容されるエミッタ材用凹部が形成されており、
　前記突起部が当該エミッタ材用凹部の開口を取り囲む位置に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の陰極の製造方法。
　前記胴体部形成材がタングステンからなり、
　前記先端部形成材が、エミッタ物質がドープされたタングステンからなることを特徴とする請求項８に記載の陰極の製造方法。