短弧型放電燈的制作方法
【專利摘要】一種短弧型放電燈，在發(fā)光管的內(nèi)部陰極和陽極相對(duì)配置，所述陰極由以鎢構(gòu)成的主體部、和與該主體部的前端接合的發(fā)射極部構(gòu)成，通過實(shí)現(xiàn)陰極主體部的收縮隨點(diǎn)燈時(shí)間的經(jīng)過而降低，來減小陰極亮點(diǎn)的位置變化，并實(shí)現(xiàn)抑制燈的照度降低。所述陰極的主體部中的空孔率比發(fā)射極部中的空孔率小。
【專利說明】短弧型放電燈
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及短弧型放電燈，特別是涉及在陰極的前端設(shè)置有發(fā)射極部的短弧型放電燈。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，短弧型放電燈由于電極間距離短且接近點(diǎn)光源，因此通過與光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合，用作聚光效率高的曝光裝置的光源。另外，封入了氙氣的短弧型放電燈在投影儀等中被用作可視光光源，近年來，還被作為數(shù)字電影用光源予以重用。
[0003]在該短弧型放電燈中，公知在陰極中設(shè)置有發(fā)射極材料，從而提高電子放射特性。
[0004]但是，最近，從節(jié)約稀有資源的角度出發(fā)，在使用釷作為發(fā)射極材料方面設(shè)置了限制，要求避免大量使用釷。而且，該釷為放射性物質(zhì)，還存在由于法律限制而限制其使用的情況。
[0005]鑒于上述情況，現(xiàn)在開發(fā)了各種在陰極的前端部含有氧化釷的結(jié)構(gòu)的放電燈。
[0006]在專利文獻(xiàn)I (日本特開2010-33825號(hào)公報(bào))中公開了一種放電燈，具有僅在前端部含有發(fā)射極材料的陰極結(jié)構(gòu)，圖3表示在該專利文獻(xiàn)I中記載的陰極結(jié)構(gòu)。
[0007]陰極10由以純度高的鎢構(gòu)成的陰極主體部11、和與陰極主體部11 一體形成的發(fā)射極部12構(gòu)成。在發(fā)射極部12中的鎢中作為發(fā)射極材料含有稀土類化合物。
[0008]而且，通過在成型模具中以層積的狀態(tài)填充含有稀土類化合物的鎢粉末和純鎢粉末，對(duì)該成型模具加壓并且進(jìn)行燒結(jié)而形成陰極10。即，將主體部11和發(fā)射極部12燒結(jié)為一體。
[0009]此處，人們期望發(fā)射極部12中的發(fā)射極材料能夠在鎢的結(jié)晶粒界面擴(kuò)散并輸送到陰極的前端。因此，在制造過程中，必須避免使發(fā)射極部12過度地?zé)Y(jié)。鎢的結(jié)晶粒隨著燒結(jié)程度的進(jìn)展而變大，從而會(huì)阻礙發(fā)射極材料向陰極前端的輸送。
[0010]但是，現(xiàn)有的短弧型放電燈雖然在發(fā)射物質(zhì)的供給這一點(diǎn)上是有效的，但是，陰極會(huì)隨著點(diǎn)燈時(shí)間的經(jīng)過而收縮，因此，存在陰極亮點(diǎn)的位置大幅度地變化的問題。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0012]專利文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)1:日本特開2010-33825號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明所要解決的問題在于，提供一種陰極亮點(diǎn)位置不會(huì)隨著點(diǎn)燈時(shí)間的經(jīng)過而變化的短弧型放電燈。
[0015]為了解決上述問題，本發(fā)明的短弧型放電燈，在發(fā)光管的內(nèi)部陰極和陽極相對(duì)配置，所述陰極由以鎢構(gòu)成的主體部、和與該主體部的前端接合的、由敷釷鎢構(gòu)成的發(fā)射極部構(gòu)成，陰極的主體部中的空孔率比發(fā)射極部中的空孔率小。
[0016]另外，陰極的主體部中的鎢的結(jié)晶粒徑比發(fā)射極部中鎢的結(jié)晶粒徑大。[0017]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由鎢構(gòu)成的主體部的空孔率比由敷釷鎢構(gòu)成的發(fā)射極部的空孔率小，因此能夠減小陰極由于點(diǎn)燈時(shí)間的經(jīng)過而引起的收縮。
[0018]另外，由于構(gòu)成陰極的主體部的鎢結(jié)晶粒比構(gòu)成發(fā)射極部的鎢結(jié)晶粒大，所以同樣能夠減小陰極由于點(diǎn)燈時(shí)間的經(jīng)過而引起的收縮。
[0019]其結(jié)果是，實(shí)現(xiàn)如下的效果:能夠減小陰極前端位置的后退，從而減小陰極亮點(diǎn)位置的變化，在燈與光學(xué)系統(tǒng)組合起來的情況下，能夠抑制由于聚光效率的降低所引起的照度降低，實(shí)現(xiàn)燈的長(zhǎng)壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1表示本發(fā)明所涉及的短弧型放電燈。
[0021]圖2表示本發(fā)明所涉及的陰極結(jié)構(gòu)。
[0022]圖3表示現(xiàn)有的放電燈的陰極結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0023]圖1表示本發(fā)明的短弧型放電燈。在發(fā)光管I的內(nèi)部，由鎢構(gòu)成的陽極2與陰極3相對(duì)配置，陽極2和陰極3分別被芯棒保持。在發(fā)光管I的內(nèi)部空間中封入有汞、氙氣等發(fā)光物質(zhì)。另外，放電燈存在垂直點(diǎn)燈的情況，也存在水平點(diǎn)燈的情況。
[0024]圖2表示陰極3的放大結(jié)構(gòu)。陰極3由以下部分構(gòu)成:由鎢構(gòu)成的主體部31 ;以及與該主體部31的前端接合的發(fā)射極部32。主體部31和發(fā)射極部32的接合優(yōu)選采用擴(kuò)散接合。此處，所謂擴(kuò)散接合是指金屬之間以面相互重合、在小于該金屬的熔點(diǎn)的固相狀態(tài)下以不發(fā)生塑性變形的程度進(jìn)行加熱、加壓而使接合面的原子擴(kuò)散的固相接合。而且，擴(kuò)散接合的加熱溫度為2000°C左右，由于不必為了熔接而加熱到鎢的熔點(diǎn)(約3400°C)，所以可以維持主體部和發(fā)射極部的金屬組織，不會(huì)對(duì)陰極性能帶來不良影響。而且，由于陰極的金屬組織不變，所以具有在主體部31和發(fā)射極部32接合后能夠進(jìn)行切削加工的優(yōu)點(diǎn)。
[0025]主體部31例如由純度99.99重量％以上的純鎢構(gòu)成，發(fā)射極部32由敷釷鎢(以下有時(shí)也稱為釷鎢)構(gòu)成，所謂敷釷鎢是在主成分的鎢中作為發(fā)射物質(zhì)含有氧化釷(ThO2)的物質(zhì)。發(fā)射極部32中的氧化釷的含量例如為2wt%。
[0026]而且，氧化釷在燈被點(diǎn)亮的過程中由于高溫而被還原，變?yōu)殁Q原子在陰極外表面擴(kuò)散，向溫度高的前端側(cè)移動(dòng)。由此，可以減小功函數(shù)，使電子放電特性良好。
[0027]此處，構(gòu)成發(fā)射極部32的敷釷鎢的空孔率例如為1.3%,構(gòu)成主體部31的純鎢的空孔率例如為0.5%。
[0028]在本發(fā)明中，空孔率P由下式定義。
[0029]P=1-((a(1-x)/19.3)+ (aX/9.86))
[0030]其中，a為材料的密度(g/cm3)，X為氧化釷的重量比，19.3 (g/cm3)為鎢的密度，9.86 (g/cm3)為氧化娃的密度。關(guān)于上述式,設(shè)密度為a (g/cm3)的材料為lcm3。其中，鶴所占的體積為a (1-x) /19.3cm3，氧化釷所占的體積為ax/9.86cm3,因此，除去這些值之外的值表示在材料Icm3中空孔所占的體積即空孔率。另外，即使作為雜質(zhì)混入氧化釷以外的物質(zhì)，由于是微量的所以可以忽視不計(jì)。
[0031]舉一個(gè)例子，在陰極的發(fā)射極部中所使用的敷釷鎢的密度為18.7g/cm3，氧化釷的重量比為2%，則空孔率約為1.3%。另一方面，用于主體部的純鎢的密度為19.2g/cm3，氧化釷的重量比為O，則空孔率約為0.5%。
[0032]由此，通過使主體部的空孔率小于發(fā)射極部的空孔率，能夠使主體部由于點(diǎn)燈時(shí)間經(jīng)過所引起的收縮減小，還能夠降低陰極整體的收縮。其原因在于，通過將鎢向存在于主體部中的空孔輸送來填充空孔，將原本是主體部的收縮現(xiàn)象變?yōu)橹黧w部體積減小的現(xiàn)象。另一方面，不能減小包含發(fā)射極部在內(nèi)的整體的空孔率。其原因在于，為了減小空孔率，需要通過延長(zhǎng)燒結(jié)時(shí)間等繼續(xù)進(jìn)行燒結(jié)，但是這樣做的同時(shí)鎢的晶粒顆粒變也大，減小了構(gòu)成釷的供給路徑的結(jié)晶粒界的面積，其結(jié)果是阻礙了釷向陰極前端的供給。而且，本發(fā)明將至今為止一體地?zé)Y(jié)的主體部和發(fā)射極部分別調(diào)整空孔率并且分別進(jìn)行燒結(jié)，然后將兩者擴(kuò)散接合。
[0033]進(jìn)而，能夠使構(gòu)成主體部的純鎢的平均粒徑比構(gòu)成發(fā)射極部32的鎢的平均粒徑大。具體地說，構(gòu)成發(fā)射極部的鎢的平均粒徑為20 μ m,構(gòu)成主體部31的純鎢的平均粒徑為100 μ m0
[0034]此處，鎢的結(jié)晶粒徑可以根據(jù)以JIS H0501為標(biāo)準(zhǔn)的切斷方法進(jìn)行測(cè)量，具體地說，通過對(duì)用規(guī)定長(zhǎng)度的直線線段完全橫向切斷后的晶粒顆粒的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)，將該切斷長(zhǎng)度的平均值作為結(jié)晶粒徑。
[0035]由此，在陰極的王體部中的鶴結(jié)晶粒比發(fā)射極部中的鶴結(jié)晶粒大時(shí)，能夠抑制王體部中的鎢向空孔的輸送，其結(jié)果是，能夠減小主體部的收縮。可以認(rèn)為這是由于以下的原因:鎢的輸送主要通過鎢的結(jié)晶粒界而進(jìn)行，從而鎢的結(jié)晶粒越大，晶界的總面積越小。
[0036]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的陰極，由于能夠減小上述陰極主體部由于點(diǎn)燈時(shí)間的經(jīng)過而引起的收縮，所以能夠抑制燈的照度的降低。
[0037]此處，對(duì)本發(fā)明所涉及的陰極的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說明。
[0038]準(zhǔn)備直徑10mm、厚度5mm的釷和直徑10mm、厚度20mm的純鎢。其中，使用氧化釷的含量為2重量％、密度為18.7g/cm3、空孔率約為1.3%的釷，使用密度為19.2g/cm3、空孔率約為0.5%的純鎢?；蛘咭部梢允氢Q中的鎢的結(jié)晶粒徑約為20μπι，純鎢中的鎢結(jié)晶粒徑約為100 μ m。
[0039]接著，重合釷和純鎢的接合面，在真空中在軸向上施加2.5kN左右的壓縮力。而且，通過通電加熱使接合部的溫度升到約2000°C，使釷和純鎢擴(kuò)散接合五分鐘左右。
[0040]接著，說明本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0041]作為本發(fā)明的陰極，由含有2重量％的氧化釷、空孔率約為1.3%的發(fā)射極部與由空孔率約為0.5%的純鎢構(gòu)成的主體部擴(kuò)散接合而成，通過切削加工，制作全長(zhǎng)18_、最大直徑為10mm、發(fā)射極部的長(zhǎng)度為1mm、陰極前端直徑為0.6mm、陰極前端角度為60°的陰極，將其用作陰極制作4kW的氙氣短弧燈。
[0042]為了比較，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，制作在發(fā)射極部中含有2重量％的氧化釷，陰極主體部由純鎢構(gòu)成的一體燒結(jié)型的陰極，使用其制造4kW氙氣短弧燈。這里，發(fā)射極部的長(zhǎng)度等陰極尺寸和等的規(guī)格，與上述本發(fā)明的相同。其中，發(fā)射極部和主體部中的空孔率均約為1.3%。
[0043]這些燈以額定功率4kW點(diǎn)亮500小時(shí)后的陰極的收縮長(zhǎng)度，本發(fā)明的陰極為
0.39mm,現(xiàn)有技術(shù)的陰極為0.5mm,由此可知降低了陰極的收縮。[0044]以上，根據(jù)本發(fā)明，降低了陰極由于點(diǎn)燈時(shí)間的經(jīng)過所引起的收縮，因此能夠抑制由于陰極亮點(diǎn)的位置變化而弓I起的燈照度的降低。
[0045]標(biāo)號(hào)說明
[0046]I短弧型放電燈
[0047]2 陽極
[0048]3 陰極
[0049]31主體部
[0050]32發(fā)射極部
【權(quán)利要求】
1.一種短弧型放電燈，在發(fā)光管的內(nèi)部陰極和陽極相對(duì)配置，所述陰極由如下部分構(gòu)成:以鎢構(gòu)成的主體部；和與該主體部的前端接合的、由敷釷鎢構(gòu)成的發(fā)射極部，其特征在于， 所述陰極的主體部中的空孔率比發(fā)射極部中的空孔率小。
2.一種短弧型放電燈，在發(fā)光管的內(nèi)部陰極和陽極相對(duì)配置，所述陰極由如下部分構(gòu)成:以鎢構(gòu)成的主體部；和與該主體部的前端接合的、由敷釷鎢構(gòu)成的發(fā)射極部，其特征在于， 所述陰極的主體部中的鎢結(jié)晶粒徑比發(fā)射極部中的鎢結(jié)晶粒徑大。
【文檔編號(hào)】H01J61/073GK103493174SQ201280011874
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月10日
【發(fā)明者】清水昭宏, 池內(nèi)滿, 有本智良 申請(qǐng)人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會(huì)社