[发明专利]短弧型放电灯

说明书

技术领域

本发明涉及一种短弧型放电灯，特别是涉及设置有阴极含有氧化钍的前端部的短弧型放电灯。

背景技术

通常，在作为放映机用的光源使用的封入氙的短弧型放电灯和作为半导体曝光、LCD曝光用等的光源使用的封入水银的短弧型放电灯中，使用直流点灯方式的灯。

其典型的一个例子如图3所示。放电灯1具有由发光部3和其两端的密封部4构成的发光管2，上述发光部3内相对配置有阴极5和阳极6，并进行直流点灯。

因而，通过将放电灯直流点灯，将电弧的亮点固定于阴极前端并作为点光源，由此在与光学系统组合时实现高的光利用效率。

可是，这样的直流点灯方式的放电灯所使用的阴极，由于在稳态点灯时承担总是放出电子的作用，所以为了容易电子放射，多采用将发射极材料混入高熔点金属而构成。

而且，作为该发射极材料，在要求点光源及高亮度的放电灯中，一般使用氧化钍作为能够提高阴极前端的工作温度的物质。但是，由于氧化钍为放射性物质，所以近年来其使用被严格限制，即使阴极不得不使用氧化钍，也要求将氧化钍含量减少至极限。

从这样的观点来看，在成为含有作为发射极材料的氧化钍的阴极结构时，如日本专利特开2011-154927号公报（专利文献1）所见的那样，公知阴极主体由钨材料构成，其前端固相接合有由含有氧化钍的敷钍钨构成的前端部而成的阴极结构。

参照图4说明该阴极结构，阴极5由后方侧的主体部51和接合于其前端的前端部52构成。主体部51由纯钨构成，前端部52是通过在钨中含有作为发射极材料的氧化钍（ThO₂）的、所谓敷钍钨（以下，也称为钍钨）构成。氧化钍的含量具体地说为0.5～3%，例如为2%。

通常，阴极5整体为圆筒状，并在前端侧包含上述前端部52而呈锥形。

阴极5的前端部52所含有的氧化钍在灯点灯中，由于阴极变得高温而被还原成钍原子。在阴极的内部被还原而生成的钍原子主要通过钨结晶粒间的晶界扩散运送至阴极表面，一旦露出表面，则向阴极中温度更高的前端侧移动并蒸发。由于钍原子蒸发而能得到大的发射，从而得到良好的电子放出特性。

但是，有助于电子放出特性的改善的氧化钍实质上仅限于夹杂在从阴极前端的表面开始极浅的部分。

其理由在于，由于在阴极前端的表面上钍蒸发并消耗，所以有必要依次供给钍，但是如果灯连续点灯的话，则氧化钍的还原反应变得缓慢，不久后停止，被还原状态的钍的供给变得不及时。因此，即使在阴极内部含有丰富的氧化钍，有时在阴极表面上事实上达到枯竭状态。

这样的还原反应的停滞与以下说明的现象有关。

即，一旦发生氧化钍的还原反应，则存在于发光管的内部（阴极的碳化层等）的C（碳）和O（氧）结合，产生CO（一氧化碳）气体。虽然还原反应在阴极的前端部的表面和内部发生，但是在阴极内部CO产生并积蓄，一旦压力升高，则氧化钍的还原反应难以发生，最终还原反应不再发生，结果，发展至钍原子不能向阴极表面供给的事态。

图5是示意性地表示阴极前端的截面组织的图，图5（A）、图5（B）分别表示点灯初期、预定时间点灯后产生枯竭状态之时。

如图5（A）所示，在点灯初期中，前端部52和主体部51均处于小的结晶粒的状态。

预定的点灯时间经过后，如图5（B）所示，虽然前端部52中夹杂有氧化钍，但是因电弧而暴露于高温下的钨的结晶粒与点灯初期相比逐渐粗大化。另一方面，在比上述前端部52温度更低的主体部51中，为了不进行掺杂质处理，钨的再结晶温度比前端部52的敷钍钨更低，随着时间的经过钨的结晶变大。

因而，随着点灯时间的经过，主体部51、前端部52的钨结晶粒均逐渐粗大化。

一旦变为这样的状态，则结晶粒间的晶界减少，前端部52中的由氧化钍的还原反应而产生的CO由于结晶晶界的减少从而被吸收的空间减少，CO浓度变高从而氧化钍的还原停止，钍的供给停止。并且，即使在CO浓度低的主体部51中结晶粒也粗大化从而吸收的部分减少，因此向主体部侧的CO气体的吸收也逐渐变得困难，最终，CO气体积蓄于阴极内部。

由此，前端部52内部的CO的压力逐渐升高，该前端部52中的氧化钍的还原反应不行进并停滞，阴极表面上的钍变为枯竭状态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-154927号公报

发明内容