JP2000200581A - Electrode structure for high pressure discharge lamp and its manufacture - Google Patents
Electrode structure for high pressure discharge lamp and its manufactureInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、高入力を維持し
て使用する高圧放電灯の電極およびその製造方法に係
り、特に、設計が容易で安定して長時間の点灯に耐え、
取り扱う上で安全な高圧放電灯の電極構造およびその製
造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode for a high-pressure discharge lamp used while maintaining a high input and a method for manufacturing the same.
The present invention relates to an electrode structure of a high-pressure discharge lamp that is safe in handling and a method of manufacturing the electrode structure.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、半導体の配線パターンを形成す
る際には、紫外線を照射する高入力の放電灯が光源とし
て使用されている。この放電灯は、アーク放電を行い安
定した放射光を確保するため、電極を形成する素材にタ
ングステンが使用され、このタングステンに二酸化トリ
ウムなどの放射性物質をドーピングし電極として使用さ
れている。そして、放電灯の点灯方法として低入力と高
入力とを交互に繰り返して、高入力時に露光を行うフラ
ッシュ点灯方式や、放電灯に封入される水銀の封入量を
少なくして大電流を使用する方式などが使用されてい
る。2. Description of the Related Art In general, when forming a wiring pattern of a semiconductor, a high-input discharge lamp for irradiating ultraviolet rays is used as a light source. In this discharge lamp, tungsten is used as a material for forming an electrode in order to secure stable emitted light by performing arc discharge, and this tungsten is used as an electrode by doping a radioactive substance such as thorium dioxide. Then, as a lighting method of the discharge lamp, a low input and a high input are alternately repeated, and a flash lighting method in which exposure is performed at a high input or a large current is used by reducing the amount of mercury sealed in the discharge lamp. A method is used.
【０００３】また、陰極の先端側を除く部分に炭化物な
どの多孔質膜を先端に向かうにしたがって徐々に薄くな
るように被覆して陰極の消耗を抑える方法もドイツ特許
出願第３７２３２７１．１号明細書より知られている。
さらに、陰極にカーボン粉末の分散液を塗布して、陰極
に炭化処理部を形成することが特開平４−１３７３４９
号公報より知られている。Further, a method of suppressing the consumption of the cathode by coating a portion of the cathode other than the tip end side with a porous film such as a carbide so as to become gradually thinner toward the tip end is also disclosed in German Patent Application No. 3723271.1. It is known from the book.
Further, it is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-137349 that a carbon powder dispersion is applied to the cathode to form a carbonized portion on the cathode.
It is known from U.S. Pat.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の放
電灯の構成では、以下のような問題点が存在していた。
すなわち、フラッシュ点灯方式または大電流を使用する
放電灯では、放電時に陰極が受けるダメージが大きく消
耗が激しいため、放電灯の管壁が黒化する問題点が起こ
った。さらに、その陰極の消耗による変形により電極間
の距離が変わることで、アーク放電位置が変わってしま
い不都合であった。また、フラッシュ点灯方式では、陰
極および陽極間に放電するアーク強度が大きく変化する
ことにより露光不良を起こしたり、そのアークの不安定
な状態を制御することが困難で使用する電源装置は複雑
で高価となった。However, the configuration of the above-described conventional discharge lamp has the following problems.
That is, in a discharge lamp using a flash lighting method or a large current, the cathode receives a great deal of damage during discharge and is greatly consumed, so that a problem arises in that the tube wall of the discharge lamp is blackened. Further, since the distance between the electrodes changes due to the deformation due to the consumption of the cathode, the arc discharge position changes, which is inconvenient. In addition, in the flash lighting method, the intensity of the arc discharged between the cathode and the anode greatly changes, causing exposure failure, and it is difficult to control the unstable state of the arc. It became.
【０００５】さらに、炭化物を被覆する放電灯は、陰極
に処理する作業が特定の部位の作業であり、また被覆物
の吸着ガスを放出する工程等を含むために手間がかかり
処理作業が複雑であった。その上、最初の放電開始の時
に、炭化物を被覆した陰極の被覆物の部分から異常放電
する現象も観察され、異常放電が発生すると炭化物の被
覆物が直ちに溶融飛散して放電灯の内側ガラス面などに
付着する不都合が発生した。[0005] Further, in the case of a discharge lamp coated with carbide, the work of treating the cathode is a work of a specific portion, and the work involves a step of releasing the adsorbed gas of the coating, which is troublesome and complicated. there were. In addition, at the beginning of the first discharge, a phenomenon of abnormal discharge from the part of the coating of the cathode coated with carbide was also observed, and when abnormal discharge occurred, the carbide coating melted and scattered immediately and the inner glass surface of the discharge lamp Inconvenience of sticking to, for example, occurred.
【０００６】そして、炭化処理部を備える放電灯は、カ
ーボン粉末の分散液を陰極表面に塗布した状態で炭化処
理を行い陰極として使用しているため、陰極表面にカー
ボンが形成されてしまい、放電灯の点灯時にこのカーボ
ンが飛散して悪影響を及ぼした。また陰極の表面に形成
されるカーボンに不純物（例えば、カリウムや炭素表面
の酸化物等）が存在すると、その不純物が放電灯の寿命
を短縮することになった。[0006] Since the discharge lamp having the carbonizing section is used as a cathode by performing a carbonizing process in a state where a dispersion of carbon powder is applied to the surface of the cathode, carbon is formed on the surface of the cathode. When the light was turned on, the carbon scattered and had an adverse effect. Further, if impurities (for example, potassium or oxides on the carbon surface) exist in carbon formed on the surface of the cathode, the impurities shorten the life of the discharge lamp.
【０００７】また、放電灯の陰極には、放射性物質であ
る酸化トリウムなどがドーピングされている。前記放射
性物質は、地球環境保全の見地や、労働安全衛生の観点
からその生産や使用をできる限り減少させるべく、放射
性物質の代替品を使用することが望まれていた。そのた
め、前記酸化トリウムの特性に近い物質として希土類金
属酸化物が使用される試みが行われている。しかし、希
土類金属酸化物は、融点が酸化トリウムに比較して低温
であるため、放電として陰極の電子放出点以外の例え
ば、陰極の側面部から蒸発することや、陰極の主体材料
であるタングステンの粒界に沿った拡散が起こりにくい
ことや、また、陰極先端近辺の変形を発生するなど、希
土類金属酸化物を陰極に使用する際の問題があり、特
に、大電流で使用すると前記問題点が顕著にあらわれて
いた。The cathode of the discharge lamp is doped with a radioactive substance such as thorium oxide. It has been desired to use a radioactive material alternative from the viewpoint of global environmental protection and occupational health and safety in order to minimize the production and use of the radioactive material. For this reason, attempts have been made to use rare earth metal oxides as substances having characteristics similar to those of thorium oxide. However, since the melting point of the rare earth metal oxide is lower than that of thorium oxide, for example, it can be evaporated from the side of the cathode other than the electron emission point of the cathode as a discharge, or tungsten, which is the main material of the cathode, can be discharged. There is a problem in using a rare earth metal oxide for the cathode, such as that diffusion along the grain boundary does not easily occur, and deformation of the vicinity of the cathode tip occurs. It was noticeable.
【０００８】この発明は、前述の問題点を解決すべく創
案されたもので、大電流で使用しても陰極の消耗および
破損を最小限に抑え、また、放電灯の点灯動作を安定し
た状態で長時間使用でき、陰極の形成処理作業が簡単
で、かつ、電源装置の制御部分も簡素化でき、そして、
炭素を処理する部分も放電灯の寿命に悪影響を及ぼすこ
とがなく、さらに、陽極側の構成にも浸炭処理を施すこ
とでさらに安定した点灯動作で長時間の使用が可能で、
また、環境保全や労働安全衛生に優れた放電灯の電極構
造およびその製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and minimizes the consumption and breakage of the cathode even when used with a large current, and stabilizes the lighting operation of the discharge lamp. It can be used for a long time, the process of forming the cathode is easy, and the control part of the power supply can be simplified.
The part that treats carbon does not adversely affect the life of the discharge lamp, and furthermore, carburizing the anode side configuration enables more stable lighting operation for a long time,
Another object of the present invention is to provide an electrode structure of a discharge lamp excellent in environmental protection and occupational safety and health, and a method for manufacturing the same.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、この発明は、中央が膨出する発光管部を有するバル
ブと、前記発光管部内に対向して設置された陽極および
陰極とからなり、高入力を維持して使用する放電灯の電
極の構造において、前記陰極は高融点金属に希土類金属
酸化物の少なくとも１種を含む金属物質をドーピングし
て形成されると共に、放電側に向って傾斜面を有するテ
ーパー部を備え、前記テーパー部の傾斜面には、浸炭処
理を施して浸炭部を形成し、前記浸炭部に連続してその
テーパー部の先端に非処理部を形成した高圧放電灯の電
極構造として構成した。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises a bulb having an arc tube part bulging at the center, and an anode and a cathode installed opposite to each other in the arc tube part. In the structure of an electrode of a discharge lamp used while maintaining a high input, the cathode is formed by doping a refractory metal with a metal material containing at least one of rare earth metal oxides and facing a discharge side. A high pressure having a tapered portion having an inclined surface, a carburized portion being formed on the inclined surface of the tapered portion to form a carburized portion, and a non-processed portion formed at the tip of the tapered portion following the carburized portion. It was configured as an electrode structure for a discharge lamp.
【００１０】また、前記陰極は、テーパー部に連続する
円柱部とを有し、前記テーパー部から円柱部の所定位置
まで浸炭処理を施して浸炭部を形成する構成としても良
い。なお、前記陽極は、その先端に非処理部を備え、前
記非処理部から連続する位置に浸炭処理を施した浸炭部
を形成する構成にすると都合が良い。[0010] The cathode may have a cylindrical portion continuous with the tapered portion, and may be carburized from the tapered portion to a predetermined position of the cylindrical portion to form a carburized portion. In addition, it is convenient that the anode has a configuration in which a non-treatment portion is provided at the tip thereof, and a carburized portion subjected to carburization is formed at a position continuous from the non-treatment portion.
【００１１】そして、前記浸炭部は、その濃度分布を変
えて形成することや、電極の金属表面から内部に入り込
んだ位置に形成した構成としても良い。なお、前記浸炭
部は、電極の金属表面から一定深さまで形成した脱炭部
を介して形成することや、また、電極の高融点金属がタ
ングステンで形成されている場合に、浸炭部をタングス
テンカーバイド（Ｗ2 Ｃ）で形成する構成にすると都合
が良い。The carburized portion may be formed by changing its concentration distribution, or may be formed at a position where it enters from the metal surface of the electrode. The carburized portion may be formed through a decarburized portion formed to a certain depth from the metal surface of the electrode, or if the high melting point metal of the electrode is formed of tungsten, the carburized portion may be formed of tungsten carbide. It is convenient to adopt a structure formed of (W 2 C).
【００１２】また、電極の製造方法では、中央が膨出す
る発光管部を有するバルブと、この発光管部内に対向し
て設置された陽極および陰極とからなり、高入力を維持
して使用する放電灯の電極の製造方法において、放電灯
の陰極あるいは陰極および陽極に焼結媒質に黒鉛を混入
した塗布媒体を塗布する処理部を形成すると共に、前記
処理部に連続する電極の先端に非処理部を形成して前記
処理部を乾燥させる第１工程と、真空中で前記塗布媒体
に対応してその塗布媒体の不純物を除去するための適正
温度で加熱して不純物を塗布媒体から除去する第２工程
と、前記塗布媒体に対応して焼結できる焼結温度で、か
つ不活性ガス中で加熱する第３工程と、前記電極に焼結
した塗布媒体を陰極あるいは陰極および陽極の両方の電
極の金属表面から剥離して除去する第４工程と、前記塗
布媒体が剥離除去された電極を真空中で、形成される浸
炭部の所望深さに対応する浸炭処理温度で加熱する第５
工程とから構成した。In the method of manufacturing an electrode, a bulb having an arc tube part bulging at the center, and an anode and a cathode disposed opposite to each other in the arc tube part are used while maintaining a high input. In a method for manufacturing an electrode of a discharge lamp, a processing section for applying a coating medium in which graphite is mixed into a sintering medium is formed on a cathode or a cathode and an anode of a discharge lamp, and a non-processing is performed on a tip of an electrode continuous with the processing section. A first step of forming a part and drying the processing part, and a step of removing the impurities from the application medium by heating at an appropriate temperature for removing the impurities of the application medium corresponding to the application medium in a vacuum. Two steps, a third step of heating in an inert gas at a sintering temperature capable of sintering corresponding to the coating medium, and applying the coating medium sintered on the electrode to a cathode or both a cathode and an anode From the metal surface Fifth heating in the fourth step and, carburizing temperature in which the coating medium is in a vacuum electrode, which is separated and removed, corresponding to the desired depth of carburization portion formed to be removed away
And the process.
【００１３】さらに、前記第５工程は、前記塗布媒体が
剥離除去された電極を真空中で、形成される浸炭部の所
望深さに対応する浸炭処理温度で加熱することで、電極
の金属表面から一定深さまで炭素を取り除く脱炭処理を
行い、かつ、その脱炭処理により形成された脱炭部を介
して浸炭部を形成する構成としても良い。Further, in the fifth step, the electrode from which the coating medium has been peeled off is heated in a vacuum at a carburizing treatment temperature corresponding to a desired depth of a carburized portion to be formed, thereby forming a metal surface of the electrode. It is also possible to perform a decarburization process for removing carbon to a certain depth from the surface and to form a carburized portion via a decarburized portion formed by the decarburization process.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、高圧放電灯の
全体の構成を示す正面図、（ｂ）は、高圧放電灯の電極
部分を拡大して一部断面にした正面図、図２は、他の形
態を示す高圧放電灯の電極部分を拡大して一部断面した
正面図、図３は、他の形態を示す高圧放電灯の陰極の構
成を示す原理図、図４（ａ）（ｂ）は、他の形態を示す
高圧放電灯の全体の構成を示す正面図および、電極部分
を拡大して一部断面にした正面図、図５は、他の形態を
示す陰極の構成を示す原理図、図６は、放電灯の変動率
を説明するグラフ図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1A is a front view showing the entire configuration of the high-pressure discharge lamp, FIG. 1B is a front view in which an electrode portion of the high-pressure discharge lamp is enlarged and partially sectioned, and FIG. FIG. 3 is a front view in which the electrode portion of the high-pressure discharge lamp is enlarged and partially sectioned, FIG. 3 is a principle view showing a configuration of a cathode of the high-pressure discharge lamp showing another embodiment, and FIGS. FIG. 5 is a front view showing the entire configuration of the high-pressure discharge lamp according to the first embodiment, and a front view in which an electrode portion is enlarged and partially sectioned. FIG. 5 is a principle view showing the configuration of a cathode according to another embodiment. FIG. 4 is a graph illustrating a variation rate of a discharge lamp.
【００１５】図１（ａ）に示すように、ショートアーク
型の高圧放電灯１は、バルブ２と、このバルブ２内に対
向して配置された陽極３および陰極６と、前記バルブ２
の両端側に設けた口金８、９などから構成されている。
本発明の電極構造において適用可能な高圧放電灯は一般
に、１０００Ｗ〜７０００Ｗの消費電力を使用する高圧
放電灯であり、この実施態様においては約１７５０Ｗの
消費電力の高圧放電灯を例示した。As shown in FIG. 1 (a), a short arc type high pressure discharge lamp 1 comprises a bulb 2, an anode 3 and a cathode 6 which are disposed in the bulb 2 so as to face each other.
Are provided with bases 8, 9 and the like provided at both ends.
The high-pressure discharge lamp applicable in the electrode structure of the present invention is generally a high-pressure discharge lamp using power consumption of 1000 W to 7000 W. In this embodiment, a high-pressure discharge lamp with power consumption of about 1750 W has been exemplified.
【００１６】前記バルブ２は、紫外線を透過可能な材
料、例えば石英ガラスで形成されその中央部が膨出する
ように形成された発光管部２ａと、この発光管部２ａの
両側に円管状に延びる封止管部２ｂ，２ｂとから構成さ
れている。そして、前記バルブ２内には、所定量の水銀
が封入されると共に、常温で所定気圧の不活性ガスが封
入されている。また、前記バルブ２の発光管部２ａ内に
は、前記陽極３および陰極６が所定距離離間した状態で
対向して配置されている。The bulb 2 is made of a material capable of transmitting ultraviolet light, for example, quartz glass, and has a light emitting tube portion 2a formed so that its central portion swells, and a circular tube on both sides of the light emitting tube portion 2a. And an extending sealing tube portion 2b. A predetermined amount of mercury is sealed in the valve 2 and an inert gas having a predetermined pressure at room temperature is sealed. The anode 3 and the cathode 6 are arranged in the arc tube portion 2a of the bulb 2 so as to face each other with a predetermined distance therebetween.
【００１７】図１（ｂ）で示すように、前記陰極６は、
高融点金属、代表的にはタングステンで形成され、放電
側に向かって先細になっている円錐状に形成されたテー
パー部６ａと、このテーパー部６ａに連続する円柱部６
ｂとから構成されている。そして、前記テーパー部６ａ
の先端を非処理部６Ｂとし、この非処理部６Ｂに連続す
る部分に後述の通りに浸炭処理を施して形成した浸炭部
６ｃとして構成されている。さらに、前記円柱部６ｂに
は、支持部７を介して金属箔５が接続されている。前記
金属箔５は、代表的にはモリブデン箔である。As shown in FIG. 1B, the cathode 6
A conical tapered portion 6a formed of a high melting point metal, typically tungsten, tapering toward the discharge side, and a cylindrical portion 6 continuous with the tapered portion 6a.
b. Then, the tapered portion 6a
Is formed as a non-processed portion 6B, and a portion continuous to the non-processed portion 6B is formed as a carburized portion 6c formed by performing a carburizing process as described later. Further, a metal foil 5 is connected to the cylindrical portion 6b via a supporting portion 7. The metal foil 5 is typically a molybdenum foil.
【００１８】なお、前記陰極６には、電子放射性物質と
して、希土類金属酸化物である例えば、酸化ランタン
（Ｌａ2 Ｏ3 ）、酸化セリウム（Ｃｅ2 Ｏ3 ）または、
酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）などを単独で、または、
２以上を混合体とした金属物質があらかじめドーピング
されている。前記希土類金属酸化物はその他のスカンジ
ウム、サマリウム、ネオジムなどの酸化物等希土類金属
酸化物であれば限定されるものではない。また、前記陰
極６の浸炭部６ｃは、そのテーパー部６ａの直径の大き
さに係わりなく、陰極表面から陰極内部に、ほぼ一定の
濃度分布で一定の厚みで形成され、また、その浸炭部６
ｃの深さが、陰極表面から数ミクロンから数１０ミクロ
ンの範囲で陰極内部に向かって形成されている。なお、
前記浸炭部６ｃは、陰極６の主な材質がタングステンで
あれば、タングステンカーバイド（Ｗ2 Ｃ）として構成
される。The cathode 6 has a rare earth metal oxide such as lanthanum oxide (La 2 O 3 ), cerium oxide (Ce 2 O 3 ) or
Yttrium oxide (Y 2 O 3 ) alone or
A metal material having a mixture of two or more is doped in advance. The rare earth metal oxide is not limited as long as it is a rare earth metal oxide such as an oxide of other scandium, samarium, neodymium or the like. The carburized portion 6c of the cathode 6 is formed from the cathode surface to the inside of the cathode with a substantially constant concentration distribution and a constant thickness regardless of the diameter of the tapered portion 6a.
The depth c is formed in the range from several microns to several tens of microns from the cathode surface toward the inside of the cathode. In addition,
If the main material of the cathode 6 is tungsten, the carburized portion 6c is configured as tungsten carbide (W 2 C).
【００１９】さらに、前記非処理部６Ｂは、電極に負荷
される電力量によりその非処理部６Ｂの形成長さが異な
り、電極間に発生するアーク放電による温度上昇が激し
い部分を示している。Further, the length of the non-processed portion 6B varies depending on the amount of electric power applied to the electrodes, and the non-processed portion 6B shows a portion where the temperature rise due to arc discharge generated between the electrodes is severe.
【００２０】なお、本発明における浸炭処理とは、電極
の金属表面または金属内部に対して炭素量を増加させる
処理であって、従来技術に記載された電極の表面に単に
炭化物層被覆を設ける炭化処理と区別される。また、こ
れら陰極内部の浸炭部は、その形成される陰極表面から
の深さ、寸法については、陰極表面の不純物の付着防止
できる深さ、寸法であれば特に限定されるものではな
い。Incidentally, the carburizing treatment in the present invention is a treatment for increasing the amount of carbon on the metal surface or inside the metal of the electrode. Distinguished from processing. Further, the depth and size of the carburized portion inside the cathode from the surface of the formed cathode are not particularly limited as long as the depth and size can prevent the adhesion of impurities on the cathode surface.
【００２１】浸炭部６ｃの形成手段としては、特に限定
されるものではないが、例えば、つぎのような方法が挙
げられる。 第１工程（塗布媒体の塗布及び乾燥工程） アルカリ系水硝子や、セラミックなどの焼結媒質中に黒
鉛を混入した塗布媒体を、テーパー部６ａの非処理部６
Ｂを除く部分（処理部）に塗布した後、自然乾燥させ
る。焼結媒質として水溶液中に重量比で約１０％の珪酸
カリウムが混在する水硝子を使用するのが好ましいが、
セラミック等の無機質を焼結媒質として使用してもよ
い。また、珪酸カリウムは、後述の焼結処理の際に焼結
された固形物を剥離・除去するのに効果的である。The means for forming the carburized portion 6c is not particularly limited, but includes, for example, the following method. First Step (Step of Applying and Drying Coating Medium) A coating medium in which graphite is mixed in a sintering medium such as alkaline water glass or ceramic is mixed with the non-processed portion 6 of the tapered portion 6a.
After applying to the part (processing part) except B, it is air-dried. As a sintering medium, it is preferable to use water glass in which about 10% by weight of potassium silicate is mixed in an aqueous solution,
An inorganic material such as ceramic may be used as the sintering medium. Further, potassium silicate is effective for peeling and removing solids sintered during the sintering process described below.
【００２２】第２工程（塗布媒体の予備加熱工程） つぎに、自然乾燥した塗布媒体が付着した陰極６を、そ
の塗布媒体の不純物が除去できる適正温度、（例えば前
記の約１０重量％の珪酸カリウムを含む水硝子を使用す
る場合には脱ガス処理として８００℃前後の温度）で１
５分程度真空中、例えば５×１０-5Ｔｏｒｒの減圧下で
加熱する。本発明における加熱条件、例えば加熱温度、
加熱時間、真空度は、水硝子中の珪酸カリウムが含まれ
る場合にはその濃度、使用される焼結媒質およびその濃
度等に依存するものであり、これらの塗布媒体に適正な
条件を用いて予備加熱処理を行い不純物を除去する。一
般には、６００℃〜１０００℃の温度で５〜３０分間予
備加熱処理することが好ましい。Second Step (Preliminary Heating Step of Coating Medium) Next, the cathode 6 to which the air-dried coating medium is adhered is heated to an appropriate temperature at which impurities in the coating medium can be removed (for example, the above-mentioned about 10% by weight of silica When using water glass containing potassium, degassing is performed at a temperature of about 800 ° C).
Heating is performed in a vacuum for about 5 minutes, for example, under a reduced pressure of 5 × 10 −5 Torr. Heating conditions in the present invention, for example, heating temperature,
The heating time and the degree of vacuum depend on the concentration of potassium silicate in the water glass, if contained, the sintering medium used and the concentration, etc., and use appropriate conditions for these coating media. Preliminary heat treatment is performed to remove impurities. Generally, it is preferable to perform a preliminary heat treatment at a temperature of 600 ° C. to 1000 ° C. for 5 to 30 minutes.
【００２３】第３工程（焼結処理工程） そして、不純物が除去された塗布媒体の焼結温度、例え
ば１５００〜１７００℃の温度で、不活性ガス、例えば
アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）中で１５〜６０分
焼結処理を行う。上記の約１０重量％の珪酸カリウムを
含む水硝子からなる塗布媒体の場合には約１６００℃で
約３０分程度加熱を行うことが好ましい。なお、この焼
結処理においても、焼結温度および焼結時間等の焼結条
件は、使用する塗布媒体に依存し、その塗布媒体に適す
る焼結温度および焼結時間で焼結処理を行う。Third Step (Sintering Treatment Step) Then, at a sintering temperature of the coating medium from which impurities have been removed, for example, at a temperature of 1500 to 1700 ° C., in an inert gas such as argon (Ar) or xenon (Xe). For 15 to 60 minutes. In the case of a coating medium comprising water glass containing about 10% by weight of potassium silicate, it is preferable to perform heating at about 1600 ° C. for about 30 minutes. In this sintering process as well, sintering conditions such as the sintering temperature and the sintering time depend on the application medium to be used, and the sintering is performed at a sintering temperature and a sintering time suitable for the application medium.
【００２４】第４工程（固形物の除去工程） このようにして、焼結処理を行うと陰極６上に形成され
た塗布媒体の被膜が完全に焼結して固形物となる。この
固形物を例えば、ピンセット等を用いて陰極６から完全
に剥離・除去する。この操作の際に陰極６の内部に炭素
がわずかに浸炭する。Fourth Step (Step of Removing Solids) As described above, when the sintering process is performed, the coating of the coating medium formed on the cathode 6 is completely sintered to become a solid. The solid is completely peeled off and removed from the cathode 6 using, for example, tweezers. During this operation, carbon is slightly carburized inside the cathode 6.
【００２５】第５工程（浸炭処理工程） 最後に、浸炭させる浸炭部６ｃの厚さに対応させ真空中
で加熱する。一般にこの浸炭処理は１８００〜２３００
℃の温度で１５〜６０分、１×１０-4Ｔｏｒｒ以下減圧
条件下で行う。例えば前記の約１９００℃の真空中で、
例えば５×１０ -5Ｔｏｒｒの減圧下で３０分程度の浸炭
処理を行うのが好ましい。この浸炭処理により、炭素が
確実に陰極６の内部に拡散して浸炭して、均等な濃度分
布の浸炭部６ｃを形成し、または、陰極６の表面から内
部に約数ミクロン入った位置に浸炭部６ｃを形成すると
共に、表面の塗布媒体である水硝子を完全に除去するこ
とができる。Fifth Step (Carburizing Step) Finally, a vacuum treatment is performed in accordance with the thickness of the carburized portion 6c to be carburized.
Heat with. Generally, this carburizing treatment is 1800-2300
1x10 for 15-60 minutes at ℃-FourDecompression below Torr
Perform under conditions. For example, in the aforementioned vacuum of about 1900 ° C.,
For example, 5 × 10 -FiveCarburizing for about 30 minutes under reduced pressure of Torr
Preferably, a treatment is performed. By this carburizing process, carbon is
It is surely diffused into the inside of the cathode 6 and carburized to obtain an even concentration
Form the carburized portion 6c of the cloth, or
When the carburized part 6c is formed at a position about a few microns in the part
In both cases, completely remove water glass, which is the coating medium on the surface.
Can be.
【００２６】なお、浸炭処理を行う場合、加熱温度およ
び時間により浸炭部６ｃの濃度分布の厚みおよび深さを
制御できるため、その浸炭部６ｃは所望の濃度を所望の
深さに対してほぼ一定に制御でき、安定した浸炭処理を
容易に行うことができる。When the carburizing treatment is performed, the thickness and depth of the concentration distribution of the carburized portion 6c can be controlled by the heating temperature and time, so that the carburized portion 6c can maintain the desired concentration substantially constant with respect to the desired depth. And stable carburizing treatment can be easily performed.
【００２７】このようにして形成された浸炭部６ｃを有
する陰極６を使用して高圧放電灯１を１０００Ｗ以上の
大電流、一般には１０００Ｗないし７０００Ｗの大電流
で使用すると放電により高温状態になった陰極６の内部
で生成した希土類金属原子が、粒界に沿った拡散により
表面に単原子層を形成し、この単原子層が電気２重層を
形成して、陰極表面の不純物による高圧放電灯の寿命低
下をまねくことなく、陰極６表面の仕事関数を低下させ
ることができる。When the high-pressure discharge lamp 1 is used at a large current of 1000 W or more, generally 1000 W to 7000 W, using the cathode 6 having the carburized portion 6 c formed in this way, a high temperature state is caused by the discharge. The rare earth metal atoms generated inside the cathode 6 form a monoatomic layer on the surface by diffusion along the grain boundary, and this monoatomic layer forms an electric double layer, and the impurity of the cathode surface causes a high pressure discharge lamp to be damaged. The work function of the surface of the cathode 6 can be reduced without reducing the service life.
【００２８】また、図２で示すように陰極６は、テーパ
ー部６ａの位置に設けた浸炭部６ｃと、円柱部６ｂの位
置に連続して形成した浸炭部６ｄを備える構成とすると
都合が良い。このように円柱部６ｂに浸炭部６ｄを備え
ることで、安定度が向上すると共に、消耗の損失を最小
限に抑えて点灯を行うことができる。Further, as shown in FIG. 2, the cathode 6 is preferably provided with a carburized portion 6c provided at the position of the tapered portion 6a and a carburized portion 6d formed continuously at the position of the cylindrical portion 6b. . By providing the carburized portion 6d in the columnar portion 6b in this manner, stability can be improved, and lighting can be performed with a minimum loss of consumption.
【００２９】また、図３で示すように、陰極６の浸炭部
６ｃは、先端側に向かうに従ってその炭素の濃度分布状
態が粗になるように構成しても良い。そのため、浸炭部
６ｃは、非処理部６Ｂとの境界部分が陰極内部で渾然一
体となるため、強度的にも優れ、電気抵抗や熱伝導率の
値も向上するためさらに安定した使用を可能とするもの
である。Further, as shown in FIG. 3, the carburized portion 6c of the cathode 6 may be configured such that the carbon concentration distribution state becomes coarser toward the tip end side. Therefore, the carburized portion 6c is excellent in strength because the boundary portion with the non-processed portion 6B is completely integrated inside the cathode, so that the strength and the electric resistance and the thermal conductivity are improved, so that more stable use is possible. Is what you do.
【００３０】図３で示すような状態の浸炭部６ｃを形成
するためには、濃度の異なる黒鉛を混入した焼結媒質で
あるアルカリ系水硝子を塗布媒体として陰極６の先端を
除いた部分に塗布して、後は上記した方法により焼結作
業を繰り返し行うことで形成することができる。なお、
浸炭部６ｃの炭素の濃度分布を変える形態は、その浸炭
部６ｃが深さ方向に向かうにしたがって徐々に炭素の濃
度分布を粗になるように構成することや、金属表面側か
ら炭素の濃度分布が粗、密、粗となるように構成して構
わない。In order to form the carburized portion 6c in a state as shown in FIG. 3, an alkaline water glass, which is a sintering medium mixed with graphite having different concentrations, is applied as a coating medium to a portion excluding the tip of the cathode 6. After the application, the sintering operation can be repeated by the above-described method to form the film. In addition,
The form in which the carbon concentration distribution of the carburized portion 6c is changed may be such that the carbon concentration distribution is gradually roughened as the carburized portion 6c goes in the depth direction, or the carbon concentration distribution may be changed from the metal surface side. May be configured to be coarse, dense, and coarse.
【００３１】つぎに、この発明の実施の他の形態につい
て図４を参照して説明する。なお、前記図１の構成と同
じ部材は同じ符号を付して詳細を省略する。高圧放電灯
１０は、消費電力が５キロワットのショートアーク型の
水銀蒸気放電灯を示すもので、この高圧放電灯１０は、
石英ガラスなどの紫外線透過部材で形成されている。陽
極１３は、タングステンで形成されていて、図４（ｂ）
に示すように先端部の平坦な端面１９の中心部に球面状
の凹部２０が設けられている。前記凹部２０は例えば、
直径は１０ｍｍ、凹部の深さ２ｍｍに形成されている。
また、陽極１３と陰極１１間の距離は４ｍｍに構成され
ている。Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same members as those in the configuration of FIG. The high-pressure discharge lamp 10 is a short arc type mercury vapor discharge lamp having a power consumption of 5 kilowatts.
It is formed of an ultraviolet transmitting member such as quartz glass. The anode 13 is made of tungsten and is formed as shown in FIG.
As shown in the figure, a spherical concave portion 20 is provided at the center of a flat end surface 19 at the distal end. The recess 20 is, for example,
The diameter is 10 mm and the depth of the recess is 2 mm.
The distance between the anode 13 and the cathode 11 is set to 4 mm.
【００３２】そして、前記陽極１３は、その側面部分に
浸炭処理された浸炭部１３ａを形成し、その浸炭部１３
ａの濃度分布が均等に形成されている。さらに、前記浸
炭部１３ａから連続する陽極１３の先端側を非処理部１
３Ｂとしている。また、前記陰極１１（先端形状が図１
（ｂ）とは異なる）は、その先端の非処理部１１Ｂから
連続するテーパー部１１ａに浸炭部１１ｃを形成してい
る。前記浸炭部１１ｃ、１３ａの形成方法は、図１と同
様である。The anode 13 has a carburized portion 13a formed on its side surface and carburized.
The density distribution of a is uniformly formed. Further, the leading end side of the anode 13 continuous from the carburized portion 13a is
3B. Further, the cathode 11 (tip shape is shown in FIG.
(B) is different from (B) in that a carburized portion 11c is formed in a tapered portion 11a continuous from the non-processed portion 11B at the tip. The method of forming the carburized portions 11c and 13a is the same as in FIG.
【００３３】なお、図１ないし図４で示す浸炭部は、図
５で示すように構成しても良い。陰極２６を構成する際
は、前記浸炭部２６ｃが、その電極の金属表面から一定
深さまで表面脱炭処理により形成された脱炭部２６ｅを
介して形成され、かつ、電極の主材質がタングステンで
ある場合に、タングステンカーバイド（Ｗ2 Ｃ）の浸炭
部２６ｃを形成する構成とする。前記脱炭部２６ｅは、
図５で示すように、電極の金属表面から距離Ｄ（好まし
くは２μｍ〜５μｍの範囲）の間に形成される。前記脱
炭部２６ｅは、タングステンカーバイド（Ｗ2 Ｃ）から
炭素（Ｃ）を除去した表面脱炭処理により形成される構
成としている。そして、前記表面脱炭処理は、前記した
浸炭処理工程の加熱時間を所定時間より長くすること
と、高温で処理することで、浸炭部２６であるタングス
テンカーバイド（Ｗ2 Ｃ）を構成する炭素（Ｃ）の存在
位置が電極の金属表面から内部に距離Ｄ入り込んだ位置
に浸透し、距離Ｄの範囲内では炭素（Ｃ）が存在しない
状態となることで行うことが可能となる。なお、浸炭部
２６の濃度分布は、均等、不均等どちらに形成しても構
わない。The carburized portion shown in FIGS. 1 to 4 may be configured as shown in FIG. When forming the cathode 26, the carburized portion 26c is formed through a decarburized portion 26e formed by a surface decarburization process to a certain depth from the metal surface of the electrode, and the main material of the electrode is tungsten. In some cases, the structure is such that a carburized portion 26c of tungsten carbide (W 2 C) is formed. The decarburization unit 26e is
As shown in FIG. 5, it is formed at a distance D (preferably in the range of 2 μm to 5 μm) from the metal surface of the electrode. The decarburization portion 26e has a configuration which is formed by tungsten carbide (W 2 C) removing the carbon (C) from the surface decarburization. The surface decarburization treatment is performed by setting the heating time in the carburization treatment step to be longer than a predetermined time and performing the treatment at a high temperature, so that carbon (W 2 C) constituting the carburized portion 26 is formed of tungsten (W 2 C). This can be achieved by the presence of C) penetrating from the metal surface of the electrode to the position where the distance D has entered, and within the range of the distance D, carbon (C) does not exist. Note that the concentration distribution of the carburized portion 26 may be formed evenly or unevenly.
【００３４】また、前記非処理部２６Ｂは、電極に負荷
される電力量によりその非処理部２６Ｂの形成長さが異
なり、電極間で発生するアーク放電に伴う電極の温度上
昇が著しい部分を示している（ちなみに、この場合は約
４ｍｍである）。The length of the non-processed portion 26B varies depending on the amount of electric power applied to the electrode, and the portion of the non-processed portion 26B in which the temperature of the electrode significantly rises due to arc discharge generated between the electrodes is marked. (By the way, it is about 4 mm in this case).
【００３５】そして、前記浸炭部２６ｃの形成方法は、
前記した浸炭処理工程の加熱時間を所定時間より長く
し、かつ高温で処理することで形成することができるも
のであり（例えば、約２０００℃で６０分間）、他の条
件は変わらない。なお、図５では、陰極２６のテーパー
部２６ａの位置に浸炭部２６ｃを形成した例で示した
が、円柱部２６ｂ側で金属表面から内側に入り込んだ位
置に浸炭部（図示せず）が形成されることや、陰極およ
び陽極の両方の位置で金属表面から入り込んだ位置に浸
炭部（図示せず）を形成する構成としても構わない。The method of forming the carburized portion 26c is as follows.
It can be formed by making the heating time in the above-mentioned carburizing step longer than a predetermined time and performing the treatment at a high temperature (for example, at about 2000 ° C. for 60 minutes), and other conditions remain unchanged. Although FIG. 5 shows an example in which the carburized portion 26c is formed at the position of the tapered portion 26a of the cathode 26, a carburized portion (not shown) is formed at a position where the carburized portion 26c enters the inside from the metal surface on the side of the cylindrical portion 26b. It is also possible to adopt a configuration in which a carburized portion (not shown) is formed at a position that enters from the metal surface at both the cathode and anode positions.
【００３６】[0036]
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明する
が、本発明は実施例に限定されるものではない。EXAMPLES The present invention will be described below in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.
【００３７】実施例１〜２および比較例１〜３ （電極の作製）直径１２ｍｍ、長さ１００ｍｍのタング
ステン９８重量％と、酸化ランタン、酸化セリウム、酸
化イットリュウムなどの希土類金属酸化物質を単独でま
たは２以上の混合体として２重量％をドーピングして成
る円柱の先端部を円錐状に切削加工して陰極を作製し
た。この陰極の先端から約３ｍｍ、塗布寸法約８ｍｍの
部分に約１０重量％の珪酸カリウムを含有するカーボン
粉末の水分散液を塗布し、風乾した。風乾後、塗布部分
を５×１０-5Ｔｏｒｒの真空度で８００℃で１５分間予
備加熱処理を行い、カーボン粉末の水分散液の真空脱ガ
スを行い、Ａｒガス雰囲気下で約１６００℃で３０分間
の焼結処理を行った。この操作により陰極に被覆した被
覆物が焼結固化した。この固形物をピンセットにより完
全に剥離除去した。この際に炭素が陰極表面からわずか
に浸炭しているのが観察される。さらに、５×１０-5Ｔ
ｏｒｒの真空度で約１９００℃で約３０分程度、浸炭処
理を行って陰極表面から内部へ約３ミクロンの位置から
炭素を確実に浸炭処理させて浸炭部を形成させた実施例
１および２の陰極を作製した。また、実施例３および４
の陰極は、金属表面から深さ方向に距離Ｄ（３μｍ）の
脱炭部を介してタングステンカーバイド（Ｗ2 Ｃ）の浸
炭部を形成した。そして、前記浸炭部の形成方法は、前
記した浸炭処理工程の加熱時間を所定時間より長くし、
かつ高温で処理することで形成することができるもので
あり（例えば、約２０００℃で６０分間）、他の条件は
実施例１〜２と同様にして処理した。Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3 (Preparation of Electrodes) 98% by weight of tungsten having a diameter of 12 mm and a length of 100 mm and a rare earth metal oxide such as lanthanum oxide, cerium oxide, yttrium oxide were used alone. Alternatively, the tip of a cylinder doped with 2% by weight as a mixture of two or more was cut into a conical shape to produce a cathode. An aqueous dispersion of carbon powder containing about 10% by weight of potassium silicate was applied to a portion of about 3 mm from the tip of the cathode and about 8 mm in coating size, and air-dried. After air-drying, the coated portion was preheated at 800 ° C. for 15 minutes at a vacuum of 5 × 10 −5 Torr, and the aqueous dispersion of the carbon powder was degassed under vacuum. For a minute. By this operation, the coating applied to the cathode was sintered and solidified. This solid was completely peeled off with tweezers. At this time, it is observed that carbon is slightly carburized from the cathode surface. Furthermore, 5 × 10 -5 T
Carburizing treatment was performed at about 1900 ° C. for about 30 minutes at a vacuum of orr, and carbon was surely carburized from a position of about 3 μm from the surface of the cathode to the inside to form a carburized portion. A cathode was prepared. Examples 3 and 4
The negative electrode formed a carburized portion of tungsten carbide (W 2 C) through a decarburized portion at a distance D (3 μm) in the depth direction from the metal surface. Then, the method of forming the carburized portion, the heating time of the carburizing step is longer than a predetermined time,
Further, it can be formed by processing at a high temperature (for example, at about 2000 ° C. for 60 minutes), and the other conditions were the same as in Examples 1 and 2.
【００３８】上記陰極に浸炭処理を施さない陰極をその
まま比較例１の陰極として使用した。上記の未処理の陰
極にドイツ特許出願第３７２３２７１．１号に記載の通
りの処理を行い比較例２の陰極とした。上記の未処理の
電極に特開平４−１３７３４９号公報に記載の通りの処
理を行い比較例３の陰極とした。The cathode not subjected to the carburizing treatment was used as the cathode of Comparative Example 1 as it was. The untreated cathode was treated as described in German Patent Application No. 3723271.1 to obtain a cathode of Comparative Example 2. The untreated electrode was treated as described in JP-A-4-137349 to obtain a cathode of Comparative Example 3.
【００３９】（陽極の作製）実施例１及び比較例１〜３
については、純タングステンの陽極を使用した。また、
実施例２では上記の純タングステンの陽極に実施例１の
陰極と同様に浸炭処理を行った陽極を使用した。さらに
実施例４では上記純タングステンの陽極に実施例３の陽
極と同様に脱炭処理を介して浸炭部を施したものを使用
した。(Preparation of Anode) Example 1 and Comparative Examples 1 to 3
For, a pure tungsten anode was used. Also,
In Example 2, an anode obtained by performing carburizing treatment on the pure tungsten anode in the same manner as the cathode of Example 1 was used. Further, in Example 4, a pure tungsten anode obtained by subjecting a carburized portion to decarburization treatment in the same manner as the anode of Example 3 was used.
【００４０】（高圧放電灯の作製）上述の通りにして作
製した実施例１及び２及び比較例１〜３の陰極及び陽極
を図１に示す高圧放電灯内に対向して配置し、水銀を封
入し、放電電流を約７０Ａとして以下の通りに動作状態
を調査した。放電灯に１７５０Ｗの略一定の電力を連続
して入力して、使用寿命、図６に示す通り下記式（１）
で定義される平均アーク強度の変動率、また、初期の紫
外線照度を１００％としたときの水平照度維持率や、あ
るいは紫外線配光積算値の紫外線照度維持率等について
調査した。結果を表１、２に示す。(Preparation of High Pressure Discharge Lamp) The cathodes and anodes of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 prepared as described above were placed in the high pressure discharge lamp shown in FIG. The device was sealed, and the discharge current was set to about 70 A, and the operation state was examined as follows. When a substantially constant power of 1750 W is continuously input to the discharge lamp, the service life is calculated using the following equation (1) as shown in FIG.
, The horizontal illuminance maintenance rate when the initial ultraviolet illuminance is set to 100%, the ultraviolet illuminance maintenance rate of the ultraviolet light distribution integrated value, and the like. The results are shown in Tables 1 and 2.
【００４１】なお、前記した平均アーク強度の変動率
は、平均アーク強度の変動率を次式に従って求めた。 平均アーク強度の変動率＝ｂ／ａ×１００［％］ （１） ただし、ａは平均アーク強度を示し、ｂはアーク強度の
最大変動幅を示す。この平均アーク強度の変動率は、数
値が少ないほど放電灯が安定して動作していることを示
す指標である。The above-mentioned variation rate of the average arc intensity was obtained by calculating the variation rate of the average arc intensity according to the following equation. Average arc intensity fluctuation rate = b / a × 100 [%] (1) where a represents the average arc intensity and b represents the maximum fluctuation width of the arc intensity. The fluctuation rate of the average arc intensity is an index indicating that the smaller the numerical value, the more stable the discharge lamp is operating.
【００４２】また、初期の紫外線照度に対する水平照度
維持率および紫外線配光積算値の紫外線照度維持率は、
放電灯の優劣を判断するための指標の一つでここでの詳
細は省略する。The horizontal illuminance maintenance ratio with respect to the initial ultraviolet illuminance and the ultraviolet illuminance maintenance ratio of the integrated ultraviolet light distribution value are as follows:
This is one of the indices for judging the superiority of the discharge lamp, and the details are omitted here.
【００４３】[0043]
【表１】 [Table 1]
【００４４】[0044]
【表２】 [Table 2]
【００４５】表１、２から明らかなとおり、本発明によ
る浸炭処理または浸炭処理と表面脱炭処理を施した陰極
を使用した高圧放電灯は、未処理の陰極や従来技術に記
載された方法で処理された陰極を使用した場合と比較し
て使用寿命が格段に優れていることがわかった。また本
発明による処理を行った電極は、未処理の陰極や従来技
術により処理された陰極と比較して水平照度維持率が高
く、使用寿命期間中には安定した照度で点灯することが
可能であることがわかる。特に、陰極と陽極との両方に
本発明による浸炭処理を施した場合その効果が際立って
いる。さらに、陰極または陰極および陽極の構成（図面
では陰極のみ示す）が、その電極の金属表面から脱炭部
２６ｅを介して内部に入り込んだ位置にタングステンカ
ーバイド（Ｗ2 Ｃ）の浸炭部２６ｃを形成する構成とす
ることで、表１で示す本発明の優れた結果が得られた。As is clear from Tables 1 and 2, the high-pressure discharge lamp using the cathode subjected to the carburizing treatment or the carburizing treatment and the surface decarburizing treatment according to the present invention can be obtained by using an untreated cathode or a method described in the prior art. It was found that the service life was much better than when the treated cathode was used. In addition, the electrode treated according to the present invention has a higher horizontal illuminance maintenance ratio than an untreated cathode or a cathode treated according to the prior art, and can be lit with stable illuminance during a service life period. You can see that there is. In particular, when the carburizing treatment according to the present invention is applied to both the cathode and the anode, the effect is remarkable. Further, the structure of the cathode or the cathode and the anode (only the cathode is shown in the drawing) forms a carburized portion 26c of tungsten carbide (W 2 C) at a position where it enters from the metal surface of the electrode via the decarburized portion 26e. With such a configuration, excellent results of the present invention shown in Table 1 were obtained.
【００４６】[0046]
【発明の効果】以上に述べたごとく本発明は次の優れた
効果を発揮する。高圧放電灯の陰極の先端の非処理部
と、この非処理部から連続する位置に、浸炭処理を施し
たことにより、希土類金属酸化物をドーピングした陰極
を使用しても、大電流を維持してその放電灯を点灯さ
せ、陰極の消耗や破損を最小限に防止できると共に、安
定した変動率（アーク安定度）で長時間にわたり使用す
ることが可能となる。As described above, the present invention exhibits the following excellent effects. Carburizing treatment is applied to the untreated part at the tip of the cathode of the high-pressure discharge lamp and a position continuous from the untreated part, so that even if a cathode doped with a rare earth metal oxide is used, a large current is maintained. By turning on the discharge lamp, wear and breakage of the cathode can be prevented to a minimum, and the discharge lamp can be used for a long time with a stable fluctuation rate (arc stability).
【００４７】また、浸炭処理の位置を陰極のテーパー部
および円柱部に設けることでさらに安定した変動率で長
時間にわたり使用することが可能となる。そして、陽極
側にも浸炭処理を施すことで、大電流の動作においても
安定した変動率で長時間使用することがさらに有効とな
る。Further, by providing the carburizing position at the tapered portion and the cylindrical portion of the cathode, it is possible to use the device for a long time at a more stable fluctuation rate. Further, by performing carburizing on the anode side, it becomes more effective to use for a long time at a stable fluctuation rate even in the operation of a large current.
【００４８】そして、浸炭処理を施した浸炭部は、電極
の金属表面から連続あるいは距離を開けて形成される濃
度分布を一定あるいは変えてほぼ一定の厚みおよび深さ
で形成することが簡単にできるため、浸炭処理の制御お
よび調整作業を容易に行うことが可能である。The carburized portion subjected to the carburizing treatment can be easily formed to have a substantially constant thickness and depth by changing or changing the concentration distribution formed continuously or at a distance from the metal surface of the electrode. Therefore, it is possible to easily control and adjust the carburizing process.
【００４９】また、陰極または陰極および陽極に形成す
る浸炭部は、その電極の金属表面から内部に入り込んだ
位置に形成する構成とすることで、電極材料としての金
属表面の不純物の残留防止を確実にするという利点があ
る。そして、電極に形成された浸炭部であるタングステ
ンカーバイド（Ｗ2 Ｃ）は、脱炭部を介してその電極の
金属表面から内部に入り込んだ位置に形成されること
で、放電灯内面の黒化を最小限で抑制できると共に、長
時間の安定した点灯状態を実現することが可能となる。
また、ドーピングされている希土類金属酸化物は、浸炭
部があることで、陰極の主体材料であるタングステンの
粒界に沿った拡散が適正に行われ、その浸炭部すなわち
陰極側面からの気化および消耗を防止すると共に、仕事
関数を下げることができる。そのため、陰極を必要以上
に発熱させることが防止でき、希土類金属酸化物を使用
しても陰極を安定して長時間使用することが可能とな
る。The carburized portion formed on the cathode or the cathode and the anode is formed at a position where the carburized portion enters the inside from the metal surface of the electrode, so that it is possible to reliably prevent impurities from remaining on the metal surface as an electrode material. There is an advantage that. Tungsten carbide (W 2 C), which is a carburized portion formed on the electrode, is formed at a position where the tungsten carbide (W 2 C) enters the inside from the metal surface of the electrode via the decarburized portion, thereby blackening the inner surface of the discharge lamp. Can be minimized, and a stable lighting state for a long time can be realized.
In addition, since the doped rare earth metal oxide has a carburized portion, tungsten, which is a main material of the cathode, is appropriately diffused along the grain boundaries, and is vaporized and consumed from the carburized portion, that is, the cathode side surface. And the work function can be lowered. Therefore, it is possible to prevent the cathode from being heated more than necessary, and it is possible to stably use the cathode for a long time even if a rare earth metal oxide is used.
【００５０】さらに、陰極または陰極および陽極に浸炭
部を形成する場合、塗布溶媒を使用し、一旦焼結させた
後に、その焼結した塗布溶媒を完全に剥離・除去して浸
炭処理あるいは、浸炭処理ならびに表面脱炭処理を行う
ことで、電極表面の不純物による電極の消耗や破損を最
小限に抑え、かつ、変動率を少なくして安定した状態で
長時間使用することができる高圧放電灯の製造を可能と
する。Further, when a carburized portion is formed on the cathode or the cathode and the anode, a coating solvent is used, and after sintering, the sintered coating solvent is completely peeled off and removed to carry out carburizing treatment or carburizing. High pressure discharge lamps that can be used for a long time in a stable state by minimizing electrode wear and damage due to impurities on the electrode surface by performing treatment and surface decarburization treatment, and reducing the fluctuation rate Enables manufacturing.
【００５１】そして、陰極にドーピングする金属物質
は、希土類金属酸化物質であるため、地球環境に対して
安全性を確保できると共に、労働安全衛生の観点からも
安全である。Since the metal substance to be doped into the cathode is a rare earth metal oxide substance, it is possible to ensure safety for the global environment and to be safe from the viewpoint of occupational safety and health.
【図１】（ａ）（ｂ）は、この発明の第１の実施の形態
を示す放電灯の正面図および電極を拡大して一部断面に
した正面図である。FIGS. 1 (a) and 1 (b) are a front view of a discharge lamp showing a first embodiment of the present invention and a front view in which electrodes are partially enlarged in section.
【図２】この発明の他の実施の形態を示す電極部分を拡
大して一部断面にした正面図である。FIG. 2 is an enlarged front view of a part of an electrode portion showing another embodiment of the present invention.
【図３】この発明の他の実施の形態を示す陰極の構成を
示す原理図である。FIG. 3 is a principle diagram showing a configuration of a cathode showing another embodiment of the present invention.
【図４】（ａ）（ｂ）は、この発明の他の実施の形態を
示す放電灯の正面図および電極を拡大して一部断面にし
た正面図である。4 (a) and 4 (b) are a front view of a discharge lamp showing another embodiment of the present invention and a front view in which electrodes are partially enlarged in section.
【図５】この発明の他の実施の形態を示す陰極の構成を
示す原理図である。FIG. 5 is a principle diagram showing a configuration of a cathode showing another embodiment of the present invention.
【図６】この発明の高圧放電灯の変動率を説明するグラ
フ図である。FIG. 6 is a graph illustrating a variation rate of the high-pressure discharge lamp according to the present invention.
１，１０ 高圧放電灯 ２ バルブ ２ａ 発光管部 ３ 陽極 ６ 陰極 ６Ｂ 非処理部 ６ａ，１１ａ テーパー部 ６ｂ 円柱部 ６ｃ，６ｄ 浸炭部 １１Ｂ 非処理部 １１ｂ 円柱部 １１ｃ 浸炭部 １３ａ 浸炭部 １３Ｂ 非処理部 ２６ｅ 脱炭部 Ｄ 金属表面から浸炭部までの距離 1,10 high-pressure discharge lamp 2 bulb 2a arc tube part 3 anode 6 cathode 6B non-processing part 6a, 11a taper part 6b cylindrical part 6c, 6d carburizing part 11B non-processing part 11b cylindrical part 11c carburizing part 13a carburizing part 13B non-processing part 26e Decarburized part D Distance from metal surface to carburized part
Claims (9)
と、前記発光管部内に対向して設置された陽極および陰
極とからなり、高入力を維持して使用する放電灯の電極
の構造において、 前記陰極は、高融点金属に希土類金属酸化物の少なくと
も１種を含む金属物質をドーピングして形成されると共
に、放電側に向って傾斜面を有するテーパー部を備え、
前記テーパー部の傾斜面には、浸炭処理を施して浸炭部
を形成し、前記浸炭部に連続してそのテーパー部の先端
に非処理部を形成したことを特徴とする高圧放電灯の電
極構造。An electrode structure of a discharge lamp comprising a bulb having an arc tube part bulging at the center, and an anode and a cathode disposed opposite to each other in said arc tube part and used while maintaining a high input. In the above, the cathode is formed by doping a high melting point metal with a metal material containing at least one rare earth metal oxide, and has a tapered portion having an inclined surface toward the discharge side,
An electrode structure for a high-pressure discharge lamp, wherein a carburizing process is performed on an inclined surface of the tapered portion to form a carburized portion, and a non-processed portion is formed at a tip of the tapered portion continuously to the carburized portion. .
とを有し、前記テーパー部から円柱部の所定位置まで浸
炭処理を施して浸炭部を形成した請求項１に記載の高圧
放電灯の電極構造。2. The high-pressure discharge lamp according to claim 1, wherein the cathode has a cylindrical portion that is continuous with the tapered portion, and a carburizing process is performed from the tapered portion to a predetermined position of the cylindrical portion to form a carburized portion. Electrode structure.
前記非処理部から連続する位置に浸炭処理を施した浸炭
部を形成した請求項１または２に記載の高圧放電灯の電
極構造。3. The anode has a non-processing portion at its tip,
The electrode structure of a high-pressure discharge lamp according to claim 1 or 2, wherein a carburized portion subjected to a carburizing process is formed at a position continuous from the non-treated portion.
した請求項１、２または３に記載の高圧放電灯の電極構
造。4. The electrode structure for a high pressure discharge lamp according to claim 1, wherein said carburized portion is formed by changing its concentration distribution.
入り込んだ位置に形成した請求項１ないし４のいずれか
一項に記載の高圧放電灯の電極構造。5. The electrode structure for a high pressure discharge lamp according to claim 1, wherein the carburized portion is formed at a position where the carburized portion enters from the metal surface of the electrode.
さまで形成した脱炭部を介して形成する請求項５に記載
の高圧放電灯の電極構造。6. The electrode structure for a high pressure discharge lamp according to claim 5, wherein said carburized portion is formed through a decarburized portion formed to a certain depth from the metal surface of the electrode.
ステンである場合において、タングステンカーバイド
（Ｗ2 Ｃ）である請求項１ないし６のいずれか一項に記
載の高圧放電灯の電極構造。7. The electrode structure for a high-pressure discharge lamp according to claim 1, wherein the carburized portion is made of tungsten carbide (W 2 C) when the high melting point metal of the electrode is tungsten. .
と、この発光管部内に対向して設置された陽極および陰
極とからなり、高入力を維持して使用する放電灯の電極
の製造方法において、 放電灯の陰極あるいは陰極および陽極に焼結媒質に黒鉛
を混入した塗布媒体を塗布する処理部を形成すると共
に、前記処理部に連続する電極の先端に非処理部を形成
して前記処理部を乾燥させる第１工程と、 真空中で前記塗布媒体に対応してその塗布媒体の不純物
を除去するための適正温度で加熱して不純物を塗布媒体
から除去する第２工程と、 前記塗布媒体に対応して焼結できる焼結温度で、かつ不
活性ガス中で加熱する第３工程と、 前記電極に焼結した塗布媒体を陰極あるいは陰極および
陽極の両方の電極の金属表面から剥離して除去する第４
工程と、 前記塗布媒体が剥離除去された電極を真空中で、形成さ
れる浸炭部の所望深さに対応する浸炭処理温度で加熱す
る第５工程とからなることを特徴とする高圧放電灯の電
極製造方法。8. A method for manufacturing a discharge lamp electrode comprising a bulb having a luminous tube part bulging at the center, and an anode and a cathode installed in the luminous tube part so as to face each other. In the method, a processing section for applying a coating medium in which graphite is mixed into a sintering medium is formed on a cathode or a cathode and an anode of a discharge lamp, and a non-processing section is formed at a tip of an electrode continuous with the processing section. A first step of drying the processing unit, a second step of heating the coating medium in a vacuum at an appropriate temperature to remove impurities from the coating medium corresponding to the coating medium, and removing the impurities from the coating medium; A third step of heating in an inert gas at a sintering temperature capable of sintering corresponding to the medium, and peeling the coating medium sintered on the electrode from the metal surface of the cathode or both the cathode and the anode. 4th to remove
And a fifth step of heating the electrode from which the coating medium has been peeled and removed in a vacuum at a carburizing temperature corresponding to a desired depth of the carburized portion to be formed. Electrode manufacturing method.
された電極を真空中で、形成される浸炭部の所望深さに
対応する浸炭処理温度で加熱することで、電極の金属表
面から一定深さまで炭素を取り除く表面脱炭処理を行
い、かつ、その表面脱炭処理により形成された脱炭部を
介して浸炭部を形成することを特徴とする請求項８に記
載の高圧放電灯の電極製造方法。9. The method according to claim 5, wherein the step of heating the electrode, from which the coating medium has been peeled off, in a vacuum at a carburizing temperature corresponding to a desired depth of the carburized portion to be formed. 9. The high-pressure discharge lamp according to claim 8, wherein a surface decarburization process for removing carbon from the surface to a certain depth is performed, and a carburized portion is formed through a decarburization portion formed by the surface decarburization process. Electrode manufacturing method.
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-
1999
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