特許 6132005 ショートアーク型放電ランプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6132005

(24)【登録日】2017年4月28日

(45)【発行日】2017年5月24日

(54)【発明の名称】ショートアーク型放電ランプ

(51)【国際特許分類】

   H01J 61/073 20060101AFI20170515BHJP

   H01J 61/06 20060101ALI20170515BHJP

【ＦＩ】

   H01J61/073 B

   H01J61/06 B

【請求項の数】1

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-232735(P2015-232735)

(22)【出願日】2015年11月30日

(65)【公開番号】特開2017-16992(P2017-16992A)

(43)【公開日】2017年1月19日

【審査請求日】2016年12月16日

(31)【優先権主張番号】特願2015-129522(P2015-129522)

(32)【優先日】2015年6月29日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106862

【弁理士】

【氏名又は名称】五十畑 勉男

(72)【発明者】

【氏名】安田 幸夫

(72)【発明者】

【氏名】田川 幸治

(72)【発明者】

【氏名】有本 智良

(72)【発明者】

【氏名】船越 充夫

(72)【発明者】

【氏名】團 雅史

【審査官】 佐藤 仁美

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１８３０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／２０８３９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−２８３９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５１０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０２０７０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ １／１３− １／２８、 ９／００− ９／１８、

６１／００−６５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光管の内部に一対の陰極と陽極とが対向配置され、前記陰極に酸化トリウムが含有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、少なくとも先端側の一部に酸化トリウムが含有されており、
前記陰極の内部には、少なくとも酸化トリウムが含有された領域、あるいは、これと隣接もしくは近接した領域において、密閉空間が形成され、前記密閉空間内に還元部材が設けられており、
前記陰極は、酸化トリウムを含有する先端部と、酸化トリウムを含まない本体部とからなり、
前記密閉空間は、少なくとも前記先端部に形成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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、酸化トリウムが含有された陰極を有するショートアーク型放電ランプに関するものであり、特に、陰極に炭化層が形成されてなるショートアーク型放電ランプに係わるものである。

【背景技術】

【0002】

従来、高入力で高輝度なショートアーク型放電ランプにおいては、陰極にエミッター材として酸化トリウムを含有して、電子放出特性を高めるようにしたものが多用されている。
そして、酸化トリウムを含有した陰極においては、一般に、酸化トリウムの還元反応を促進するために、先端部近傍に炭化層を形成している。例えば、特開平１０−２８３９２１号公報（特許文献１）などがそれである。

【0003】

図１１にその作用模式図が示されていて、陰極８０の構成材料であるタングステン８１中に酸化トリウムＴＯが含有され、陰極８０の外表面にはその最先端部を除いて炭化層８２が形成されている。
この炭化層３２は、陰極材料であるタングステンと炭素が反応して生成された炭化タングステンからなる。
２Ｗ ＋ Ｃ → Ｗ_２Ｃ
そして、ランプの点灯により、陰極８０の温度が上昇し、２０００℃程度以上から、炭化層８２において酸化トリウムが還元される。
ＴｈＯ_２ ＋ Ｗ_２Ｃ → Ｔｈ ＋ ２Ｗ + ＣＯ_２
ＴｈＯ_２ ＋ ２Ｗ_２Ｃ → Ｔｈ ＋ ４Ｗ + ２ＣＯ_２
炭化層８２で還元されて生成されたトリウムＴは、陰極表面を表面拡散により先端側に向かって輸送される。

【0004】

ところで、上記従来技術における、陰極先端近傍の外表面に形成された炭化層８２は、おおよそ数十μｍから百μｍの厚さであり、直径が数ｍｍである陰極の軸方向に垂直な断面に対し、炭化層の部分が占める面積の割合は数％未満にしか過ぎない。
そして、酸化トリウムＴＯはトリウム原子Ｔに比べ粒径が大きいために陰極内部においては殆ど拡散することがなく、炭化層以外の領域から酸化トリウムが移動してくることは、殆どない。つまり、炭化層８２で酸化トリウムＴＯが還元され尽くされると、そこへの酸化トリウムの補充がなく、その領域の酸化トリウムは消失し、エミッターとしてのトリウムの供給も絶たれてしまうことになるという問題があった。
このように、エミッターの供給が立たれると、陰極のアーク側先端面においてトリウムが不足し、ちらつきが発生したり、ランプの立消えが起こったりする。

【0005】

このような不具合を解消するものとして、特開２０１０−２８２７５８号公報（特許文献２）では、陰極先端に開口する細穴を形成して、その細穴の後端側に炭化層を形成したものが提案されている。
図１２にその概略構造が示されていて、陰極８０には、その先端面８０ａに開口する細穴８５が形成されていて、該細穴８５の先端部８５１側は非炭化部であり、これより深い箇所にある後端部８５２に炭化層８６が形成されているものである。
こうすることで、ランプ点灯時には、炭化層８６によって酸化トリウムが還元され、生成されたトリウムが先端部８５１の内表面における表面拡散および気相拡散によって陰極先端に輸送され、先端部でのエミッターの枯渇を防止しようとするものである。

【0006】

ところで、陰極におけるトリウムの拡散の態様には、一般に、陰極表面における表面拡散と、陰極材料の粒界における粒界拡散と、粒内における粒内拡散とがあるが、その拡散係数（※出典後記）は、図１３に示されるように、一般に、表面拡散＞粒界拡散＞粒内拡散の順であり、その大きさはそれぞれ、概ね１桁〜２桁ずつ異なる。
出典：N.L. Peterson, “Diffusion in Refractory Metals”, WADD TECHNICAL REPORT 60-793 (Wright Air Development Division, Air Research and Development Command, US Air Force, 1960) p21．

【0007】

上記特許文献２の従来技術においては、主に細穴８５における表面拡散により陰極先端へのトリウムの移送が行われるものであり、陰極先端面８０ａでのトリウム量の時間変化を考えると、点灯初期においてトリウム量は急激に上昇し、その後下降する。
図１４にそのトリウムの時間経過による変化が模式的に示されていて、陰極先端面８０ａでのトリウム量Ａは、陰極のテーパー部からの表面拡散によるトリウム量Ｂと、細穴８５からの表面拡散によるトリウム量Ｃとの合計であって、点灯直後に急激に増加し、その後、急激に下降してしまう。その結果、陰極先端において、点灯初期には十分なトリウムの供給があるが、その後には急激に減少して枯渇してしまうという不具合が依然として解決されない。

【0008】

また、この特許文献２のものでは、酸化トリウムが還元される際に発生した一酸化炭素ＣＯや二酸化炭素ＣＯ_２が細穴８５を通じて放電空間に放出されるため、点灯を継続すると従来品よりも一酸化炭素濃度や二酸化炭素濃度が増加し、始動性が悪化する可能性があるという問題もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平１０−２８３９２１号公報

【特許文献2】特開２０１０−２８２７５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、発光管の内部に一対の陰極と陽極とが対向配置され、前記陰極に酸化トリウムが含有されてなるショートアーク型放電ランプにおいて、陰極先端の内部に含有された酸化トリウムの有効利用を図ることにより、陰極先端面でのエミッター物質の枯渇を防ぎ、電子放出機能を長時間維持し、ランプのフリッカー寿命の長期化を図るようにした構造を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、この発明では、陰極は、少なくとも先端側の一部に酸化トリウムが含有されており、前記陰極の内部には、少なくとも酸化トリウムが含有された領域において、あるいは、これと隣接もしくは近接した領域において、密閉空間が形成され、前記密閉空間内に還元部材が設けられていることを特徴とする。
また、前記還元部材は、還元剤として、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）の一つ又は複数の元素を含むことを特徴とする。
また、前記陰極はタングステンからなり、前記還元部材は、前記還元剤とタングステンとの化合物であることを特徴とする。
また、前記還元部材は、前記密閉空間内に充填されていることを特徴とする。
また、前記還元部材は、前記密閉空間の内表面に層状に形成されていることを特徴とする。
また、前記還元部材が、炭化層であることを特徴とする。
また、前記陰極の、少なくとも酸化トリウムが含有された領域の外表面には外表面炭化層が形成されていることを特徴とする。
また、前記陰極は、酸化トリウムを含有する先端部と、酸化トリウムを含まない本体部からなり、前記密閉空間は、少なくとも前記先端部あるいはこれと隣接もしくは近接した領域に形成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、酸化トリウムが含有された陰極の内部に、少なくとも酸化トリウムが含有された領域、あるいは、これと隣接もしくは近接した領域において、密閉空間が形成されており、該密閉空間内に還元部材が設けられた構成としたことにより、これまで有効利用が難しかった前記陰極の内部における酸化トリウムの還元を促進し、生成されたトリウムが粒界拡散されて陰極先端面に輸送されて、より安定した電子放射機能を長時間にわたって維持することができるという効果を奏する。
また、還元部材が密閉空間内に封じ込められているため、過剰に蒸発することがなく、より高濃度の還元剤を用いても、発光部を構成する封体に悪影響を及ぼすことがない。
また、陰極外表面に炭化層を形成することで、点灯初期においては、この外表面炭化層によって、該炭化層近辺の酸化トリウムが還元されてトリウムとなり、これが陰極表面を表面拡散して陰極先端面に輸送されて、電子放出機能を担うことにより初期点灯性が良好となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１実施例に係る放電ランプの陰極構造の断面図。

【図2】本発明の第２実施例の断面図。

【図3】本発明の第３実施例の断面図。

【図4】本発明の第４実施例の断面図。

【図5】本発明の第５実施例の断面図。

【図6】本発明の第６実施例の断面図。

【図7】本発明の第７実施例の断面図。

【図8】本発明の第８実施例の断面図。

【図9】本発明の第９実施例の断面図。

【図10】本発明の動作原理を説明する部分断面図。

【図11】従来技術の作用を説明する部分断面図。

【図12】他の従来例の断面図。

【図13】トリウムの拡散速度を表すグラフ。

【図14】図１２の従来例の時間経過による陰極先端面のトリウム量を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１はこの発明のショートアーク型放電ランプに用いられる陰極構造を示し、陰極１は、タングステン中に酸化トリウム（ＴｈＯ_２）が含有されたトリエーテッドタングステン（いわゆる、トリタン）からなる。
この陰極１の先端テーパー部１ａの外表面には、炭化タングステンからなる外表面炭化層２が形成されている。この外表面炭化層２は、陰極１の先端部に設けられているものではあるが、先端面１ｂを含むアークが形成される最先端部には形成されていない。
通常、この陰極１に含有された酸化トリウムは、ランプ点灯中に高温になることで外表面炭化層２中の炭素によって還元され、トリウム原子となって陰極外表面を表面拡散して、温度が高い先端面１ｂ側へと移動する。これにより、陰極先端における仕事関数を小さくして電子放出特性を良好なものにしている。

【0015】

そして、前記陰極１の内部には、密閉空間３が形成されている。この実施例では、この密閉空間３は後端側の大径部３１と、先端側の小径部３２とからなるものが示されているが、陰極１の形状によっては大径部と小径部の区別がなく軸方向で同径であってもよい。この小径部３２、即ち、密閉空間３の先端部の径は、陰極先端面１ｂよりも大径であることが好ましい。
そして、大径部３１に陰極芯線４が後端側から挿入固定されていて、これにより密閉空間３が形成されている。
前記密閉空間３の先端側の小径部３２の内表面には、前記外表面炭化層２と同様な炭化タングステンからなる内表面炭化層５が形成されていて、この内表面炭化層５が、酸化トリウムを還元するための還元部材８を構成している。
この内表面炭化層５（還元部材８）は、外表面炭化層２との位置関係や、点灯時の温度によってその軸方向長さが決定され、陰極内部の酸化トリウムが還元されてトリウムが陰極先端側に拡散輸送されていく作用がもたらされるに足る領域に形成される。

【0016】

上記第１実施例では、陰極１は全体がトリエーテッドタングステンで構成されたものを示したが、その構造はこれに限られず、先端部のみを酸化トリウムが含有されたトリエーテッドタングステンとする構造としてもよい。
図２にその構造が示されていて、陰極１は、純タングステンからなる本体部１１と、その先端に接合された先端部１２とからなり、該先端部１２は、タングステン中に酸化トリウム（ＴｈＯ_２）が含有されたトリエーテッドタングステンからなる。なお、前記本体部１１と先端部１２とは、拡散接合されていることが好ましい。
そして、先端部１２の外表面には炭化タングステンからなる外表面炭化層２が形成されている。

【0017】

このような接合構造の陰極１の場合、その内部に形成される密閉空間３は、酸化トリウムが含有された先端部１２にまで及んで形成されている。
前記第１実施例と同様に、前記密閉空間３の先端側の小径部３２の内表面には、前記外表面炭化層２と同様な炭化タングステンからなる内表面炭化層５（還元部材８）が形成されている。これにより、内表面炭化層５は、少なくとも、酸化トリウムを含有する先端部１２には形成されていることになる。

【0018】

図３に他の第３実施例が示されている。この実施例では、まず、先端部１２は、本体部１１の先端テーパー部の一部を構成するように接合されている。そして、密閉空間３の小径部３２は、前記先端部１２にまで及んで形成されており、その最先端３２ａはテーパー形状をなしていて、この小径部３２の内表面に内表面炭化層５（還元部材８）が形成されている。この内表面炭化層５は、少なくとも、先端部１２に対応する位置に形成されている。
この実施例では更に、密閉空間３内に、炭素、及び／又は、酸素を吸着するゲッター材６が配置されている。このゲッター材６はタンタル（Ｔａ）もしくはニオブ（Ｎｂ）からなる。
このゲッター材６は、酸化トリウム（ＴｈＯ_２）が内表面炭化層５（還元部材８）の炭素によって還元される際に発生する二酸化炭素（ＣＯ_２）や一酸化炭素（ＣＯ）を吸着し、それらの分圧の上昇を抑えて、酸化トリウムの還元反応を促進する役目を果たすものである。

【0019】

図４に更に他の第４実施例が示されていて、この実施例では、まず、陰極１の本体部１１に円周溝７が形成されていて、陰極１の先端部１２の熱が後方に逃げることを抑制するヒートダムとして機能し、先端部１２での酸化トリウムの還元反応を促進するものである。
また、この実施例では、密閉空間３内のゲッター材６は、陰極芯線６の先端面に形成した開孔に立設固定されている。これにより、ゲッター材６が密閉空間３内でみだりに動くことがない。

【0020】

本発明における動作原理を図８に基づいて説明する。図１０（Ａ）は点灯初期の状態を表し、図１０（Ｂ）は所定時間経過後の状態を表す。
ランプ点灯を開始すると、図１０（Ａ）に示すように、陰極先端に形成された外表面炭化層２中の炭素によって、当該外表面炭化層２中およびその近傍の酸化トリウムＴＯが還元されてトリウムＴとなり、これが、陰極１の外表面を拡散して先端面１ｂ側に移送される。これにより、点灯初期における点灯性やチラツキの発生が防止される。
そして、この時点では陰極１内部の温度が外表面ほどには上昇しておらず、酸化トリウムＴＯの還元作用がそれほど活発にはなっておらず、また、前記したように、粒界拡散による移送速度が表面拡散による移送速度より遅いこともあって、この領域からのトリウムの粒界拡散による先端面への移送量は少ない。

【0021】

点灯時間が経過すると、図１０（Ｂ）に示すように、前述した外表面炭化層２中およびその近傍に含まれる酸化トリウムは減少していくが、陰極内部の温度が約２０００℃以上となると、内部に含まれる酸化トリウムＴＯが、密閉空間３の内表面に形成された内表面炭化層５（還元部材８）中の炭素と反応して還元され、陰極内部においてトリウムＴが生成されていく。
この生成されたトリウムＴは陰極内部をタングステン粒子の粒界拡散によって陰極先端面１ｂ側に輸送されていく。そして更に、この粒界拡散に遅れて粒内拡散によってもトリウムが先端面１ｂ側に輸送されていく。
これらのトリウムの時間差のある拡散によって、先端面でのトリウムで枯渇が生じることがなく、フリッカーが長時間発生することがなく、再点灯性のよい長寿命のランプを提供することができる。

【0022】

前記の現象を更に詳述すると、陰極内部温度の上昇により、密閉空間３内における内表面炭化層５（還元部材８）中の炭素が陰極基体内に拡散していく。この炭素の拡散によって基体内の酸化トリウムＴＯの還元が起こり、生成されたトリウムＴが粒界拡散により陰極の先端面に向かって輸送されて、トリウムＴの供給が円滑に行われる。
密閉空間３の内表面炭化層５によって還元されたトリウムＴは、高温となる密閉空間３において蒸発する場合があるが、この密閉空間３内に閉じ込められているため、蒸発したトリウムはその壁に捉えられ、表面拡散により密閉空間３内で先端側に輸送されていくので、陰極外部に飛散して消失することはない。

【0023】

また、図２〜図６に示すトリタンからなる先端部を本体部に接合する構造の陰極においても、少なくとも酸化トリウムが含有された先端部において、密閉空間が形成されており、この密閉空間の内表面に内表面炭化層が形成されて還元部材を構成していることで、酸化トリウムが含有された領域において内表面炭化層（還元部材）が形成されていることになる。これにより、酸化トリウムの使用量を少なくした陰極構造、いわゆる、省トリタン陰極構造においても、陰極内部に含まれる酸化トリウムの還元反応を円滑に行い、内部の酸化トリウムを有効に活用できるようにしたものである。

【0024】

また、密閉空間３の先端側の小径部３２の径を、陰極先端面１ｂの径より大径としたことで、密閉空間表面の内表面炭化層５（還元部材８）で還元されたトリウムがテーパー部のアーク側先端面に輸送されるに伴いトリウム量が多くなり、充分なトリウムの供給を図ることができる。

【0025】

更には、前記密閉空間３には、炭素、及び／又は、酸素を吸着するタンタルやニオブなどのゲッター材６が配置されているので、酸化トリウムの炭素による還元過程で発生する二酸化炭素（ＣＯ_２）や一酸化炭素（ＣＯ）を吸収し、それらの分圧の上昇を抑えて、還元反応を促進する。
また、小径部３２の最先端部３２ａをテーパー形状とすることによって、先端が平坦面である場合と比べて、炭素を塗布する面積が増えるので、最も高温となり還元反応が活発に行われる領域において還元されるトリウムを増やすことができる。
また、陰極１の本体部１１に円周溝７を形成することで、陰極１の先端部１２の熱が後方に逃げることを抑制し、先端部１２の温度を高温にすることができ、酸化トリウムの還元反応を促進するものである。

【0026】

図３の実施例に基づく陰極構造の一数値例を挙げると以下のとおりである。
＜本体部＞
材料：カリウム（Ｋ）ドープタングステン
胴径：φ１０ｍｍ
＜先端部＞
材料：２ｗｔ％トリタン
厚さ：３ｍｍ
＜全体＞
全長：３５ｍｍ
先端テーパー角：５０°
＜密閉空間＞
小径部：φ２．５ｍｍ、長さ６ｍｍ
大径部：φ４ｍｍ、長さ２７ｍｍ
小径部先端と陰極先端面との距離（厚さ）：２ｍｍ

【0027】

上記構造において、密閉空間３（小径部３２）の先端部と陰極先端面１ｂとの距離（厚さ）は、２〜５ｍｍとすることが好ましく、２ｍｍ未満であると点灯時の高熱により蒸発・摩耗それに続いて溶融して穴が開くことがあり、５ｍｍを超えると点灯時の温度上昇が必ずしも十分でなく、酸化トリウムの還元反応が十分に達成することが期待できない。
つまり、この厚さは、酸化トリウムが還元される温度である２０００℃程度の領域を含み、炭素がタングステン中へ固溶する温度域をも含むものであり、これにより、炭化層で還元されたトリウム、及び、固溶した炭素が先端側に輸送される過程で還元されたトリウムが、陰極の先端へ円滑に供給されフリッカーなどの発生が抑制される。

【0028】

図２の構造の陰極の製作方法を説明する。
（１）タングステンからなる本体部１１と、酸化トリウムを含有する先端部１２を拡散接合などにより接合する。
（２）陰極先端を切削加工してテーパー形状とする。
（３）陰極内部に小径部３２と大径部３１とからなる穴を切削加工により形成する。この時、小径部３２の少なくとも一部が先端部１２内に位置するようにする。
（４）硝化綿を入れた酢酸ブチル混合溶液に炭素粉末を加えた混合溶液を刷毛により、陰極の先端テーパー部１ａの外表面の所定の位置と、密閉空間３を構成する小径部３２に塗り、乾燥させる。その乾燥させた陰極を真空高温炉に入れ、１８００℃に昇温し、３０分保持し、その後、室温に戻った後に炭化した陰極を、冷却後に取り出す。ここで、炭化層形成の成否は、Ｘ線解析（ＸＲＤ）装置で確認することができる。
（５）陰極芯線４を大径部３１に挿入して固定し、密閉空間３を形成する。

【0029】

図３の実施例のように密閉空間３内にゲッター材６を収容した構造とするときは、上記製作工程（４）の後に、タンタルなどの線材を密閉空間３内に収容し、その後、上記工程（５）により、陰極芯線４を挿入固定して密閉空間３を形成する。
ゲッター材６は、上記のように例えば、不純物濃度の低い（５０ｗｔｐｐｍ以下）のタンタルワイヤからなり、長いまま何重かに折りたたんだり、短く切断したりして収容してもよいし、あるいは図４のように、陰極芯線４の先端面に小径の穴を形成して、これにタンタルワイヤを差し込み固定してもよい。

【0030】

以上の実施例においては、密閉空間は、陰極後方から挿入される陰極芯線によって密閉される構造を示したが、図５、図６に示すように、陰極構造として、本体部と、酸化トリウムを含有する先端部とを接合した構造とするとき、少なくとも先端部の内部に密閉空間を形成するように、本体部と先端部との接合によって密閉空間を形成するものであってよい。
また、密閉空間内に設ける還元部材は、その内表面に形成した炭化層で構成したものを示したが、炭素以外の他の還元剤、例えば、ホウ素を層状に形成したものであってもよい。

【0031】

更には、還元部材は、密閉空間の内表面に層状に形成する以外に、還元剤を含む還元部材を密閉空間内に充填するものであってもよい。
以下そのような実施例を図５〜図９により説明する。
図５に示すように、陰極１は、本体部１１と、これに接合される先端部１２とからなり、陰極１の全体、つまり、本体部１１および先端部１２のいずれにも酸化トリウムが含有されている。そして、密閉空間３は、本体部１１と先端部１２とに跨るように形成されていて、これら本体部１１と先端部１２を接合することで密閉空間３が形成される。
この密閉空間３内には、還元部材８が充填されていて、この還元部材８には、還元剤として、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）の一つ又は複数の元素が含有されている。
また、還元部材は、これらの還元剤の相互の化合物（ＺｒＣ、ＨｆＢ_２など）の形態であってもよいし、還元剤以外の他の元素との化合物（ＷＣ、ＢＮなど）の形態であってもよい。このように化合物の形態とすることで、化学的な安定化が図られて、取扱い面で優れているという利点がある。

【0032】

実際に充填される還元部材８の形態としては、例えば、炭素棒を短く切断したものや、ホウ素の棒状物、ジルコニウム・ワイヤ等の固形物が挙げられる。又は、炭素（Ｃ）粉末、ホウ素（Ｈ）粉末、タングステンカーバイト（ＷＣ）粉末、ホウ化タングステン（ＷＢ）粉末、あるいは、水素化ジルコニウム（ＺｒＯ_２・ｎＨ_２Ｏ）粉末等の粉末体を前記密閉空間３内に充填した後プレスピンで加圧し、軽く押し固めたものを用いることもできる。
なお、密閉空間３の位置および軸方向長さは、その内部に充填される還元部材８が、酸化トリウムとの還元反応を起こすに足るだけの温度領域にあるように選択される。

【0033】

図５に示す実施例では、陰極１の全体がトリエーテッドタングステンで構成されているが、図２以下の実施例と同様に、先端部１２のみを酸化トリウムが含有されたトリエーテッドタングステンとする構造としてもよい。
図６にその構造が示されていて、陰極１の先端部１２にのみ酸化トリウムが含有されており、本体部１１は酸化トリウムが含まれない純タングステンで構成されている。そしてこの実施例では、先端部１２の内部に密閉空間３が形成されていて、その内部に還元部材８が充填されている。
勿論、この実施例においても、図５の実施例と同様に、先端部１２と本体部１１にかけて密閉空間３を形成するようにしてもよい。

【0034】

上記の図５、図６の実施例においては、密閉空間３が、陰極１の酸化トリウムが含有された領域に対応する位置に形成されたものが示されているが、密閉空間３は酸化トリウムが含有された領域に隣接して配置されていても、該密閉空間３内の還元部材８による還元作用は有効に機能するものであり、そのような実施例が図７に示されている。
図７において、密閉空間３は、酸化トリウムを含有しない本体部１１に上端開放の有底孔を形成し、この本体部１１に酸化トリウムを含有する先端部１２を接合することで形成されている。こうすることで、密閉空間３は酸化トリウムが含有された領域、即ち、先端部１２に隣接して位置されることになる。
この密閉空間３内に還元部材８を充填することで、先端部１２に含まれる酸化トリウムに有効に作用して還元反応は充分に機能する。

【0035】

更には、密閉空間３は、酸化トリウムを含有する領域、即ち、先端部１２に対して近接配置されている形態であってもよい。このような実施例が図８、９に示されている。
図８において、密閉空間３は、本体部１１に形成された有底孔の上部をタングステン製の蓋部材９で密閉することによって形成されている。こうすることで、密閉空間３は、先端部１２と近接する位置に形成される。
そして、この密閉空間３に還元部材８を充填することで、先端部１２に含まれる酸化トリウムに有効に作用して還元反応は充分に機能する。

【0036】

また、密閉空間３は、図１〜４のように陰極芯線４を用いて形成することもできる。
図９において、本体部１１に、底面側に開口する有底孔を設け、この有底孔に後方から陰極芯線４を挿入する。これにより密閉空間３が形成され、この密閉空間３は、酸化トリウムを含有する先端部１２とは近接して位置することになる。この密閉空間３内に還元部材８を充填することで、先端部１２に含まれる酸化トリウムに有効に作用して還元反応は充分に機能する。

【0037】

以上のように、陰極１の内部に形成される密閉空間３は、図１〜６の実施例に示すように、酸化トリウムが含有された領域に形成されていてもよいし、あるいは、図７に示すように、酸化トリウムが含有された領域に隣接した領域に形成されていてもよいし、更には、図８、９に示すように、酸化トリウムが含有された領域と近接して位置するように形成されていてもよい。
なお、図５〜９の実施例においても、図１〜４の実施例と同様に、陰極１の先端側の外表面に炭化タングステンからなる外表面炭化層を形成してもよい。こうすることにより、特に、点灯初期おいて良好な点灯性がもたらされる。

【0038】

図６の実施例に基づく陰極構造の一数値例を挙げると以下のとおりである。
＜本体部＞
材料：カリウム（Ｋ）ドープタングステン
胴径：φ１０ｍｍ
＜先端部＞
材料：２ｗｔ％トリタン
厚さ：６ｍｍ
＜全体＞
全長：１７ｍｍ
先端テーパー角：４０度
＜密閉空間＞
直径：φ１．４ｍｍ、長さ３ｍｍ
＜還元部材＞
直径：φ０．５ｍｍ、長さ３ｍｍ、４本
材質：純カーボンの棒、炭素の濃度１００％

【0039】

図６の構造の陰極の製作方法を説明する。
（１）トリエーテッドタングステンからなる先端部１２の底面に有底穴を形成し、接合部の表面研磨および洗浄の後、還元部材８を充填する。この還元部材８には、タングステンと炭素の化合物又は固溶体を用いることができる。
（２）タングステンからなる本端部１１と、前記先端部１２を拡散接合などにより接合する。これにより還元部材８が充填された密閉空間３が形成される。
（３）陰極先端を切削加工してテーパー形状とする。

【0040】

本発明の効果を実証するために行った実験例を説明する。
＜本発明＞
上記段落００２６で説明した陰極を用いて以下の仕様のショートアーク型放電ランプを作製した。
発光管：材質 石英ガラス、最大内径８０ｍｍ
陽極：材質 タングステン、外径２９ｍｍ、軸方向長さ４０ｍｍ
電極間距離：７．５ｍｍ
定格電力：７ｋＷ
＜比較例＞
陰極外表面のみに炭化層が形成され、陰極内部に密閉空間および内表面炭化層が形成されていない陰極を用いて、同仕様のショートアーク型放電ランプを作製。

【0041】

これらのランプを電圧が４４Ｖ、電流が１６０Ａの条件で点灯し、フリッカーが発生するまでの時間を測定するとともに、点灯後照度維持率が８５％になるまでの経過時間を測定した。
その結果、本発明においては、フリッカー発生までの時間が７５０時間であり、また、照度維持率が８５％になるまでの経過時間は６００時間であった。ここでいうフリッカーは、アークプラズマの不安定性に起因しているから、そのランプ電圧変動を指標とし、ランプ電圧変動が平均ランプ電圧の１．２％を超えるとフリッカーと定義した。
これに対して、比較例では、フリッカー発生時間が５５０時間であり、照度維持率が８５％になるまでの経過時間は５００時間であった。

【0042】

以上の結果から明らかなように、本発明に係るショートアーク型ショートアーク型放電ランプによれば、フリッカーが発生するまで７５０時間と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、比較例に係るショートアーク型ショートアーク型放電ランプにおいては、点灯後５５０時間でフリッカーが発生し、比較的短期間で不安定となった。これは、先端部の外表面炭化層で還元されたトリウムが点灯時間と共に減少し、これにより、ランプの点灯中において、炭化層から先端部に十分にエミッター物質であるトリウムが供給されなかったためと考えられる。
一方、本発明ランプでは、陰極内に還元部材として内表面炭化層を有するため、この炭化層で還元されたトリウムが陰極先端に供給され続けた結果と考えられる。

【0043】

以上のように、本発明によれば、陰極内部に形成した密閉空間に還元部材を設けたので、陰極内部に含有された酸化トリウムが密閉空間内の還元部材により還元され、これにより生成されたトリウムが先端面に供給されてくることで、陰極先端面でのトリウムの枯渇を防止することができて、長時間にわたり、チラツキが発生することがないものである。
また、陰極の外表面に炭化層を形成することで、特に、初期点灯時における点灯性が良好であり、この外表面炭化層による還元作用で生成するトリウムが減少してきても、前記した内部の還元部材による還元作用によりトリウムが陰極先端面に継続供給されるものである。

【符号の説明】

【0044】

１ 陰極
１ａ 先端テーパー部
１ｂ 先端面
１１ 本体部
１２ 先端部（酸化トリウム含有）
２ 外表面炭化層
３ 密閉空間
３１ 大径部
３２ 小径部
３２ａ 最先端部
４ 陰極芯線
５ 内表面炭化層（還元部材）
６ ゲッター材
７ 円周溝（ヒートダム）
８ 還元部材
９ 蓋部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】