特許 7043680 放電ランプ用カソード部品および放電ランプ

(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】

(24)【登録日】2022-03-18

(45)【発行日】2022-03-29

(54)【発明の名称】放電ランプ用カソード部品および放電ランプ

(51)【国際特許分類】

   H01J 61/067 20060101AFI20220322BHJP

   H01J 61/06 20060101ALI20220322BHJP

   H01J 61/073 20060101ALI20220322BHJP

【ＦＩ】

H01J61/067 N

H01J61/06 B

H01J61/06 N

H01J61/073 B

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021509270

(86)(22)【出願日】2020-03-18

(86)【国際出願番号】 JP2020012121

(87)【国際公開番号】W WO2020196192

(87)【国際公開日】2020-10-01

【審査請求日】2021-04-16

(31)【優先権主張番号】P 2019055049

(32)【優先日】2019-03-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】303058328

【氏名又は名称】東芝マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】溝部 雅恭

(72)【発明者】

【氏名】青山 斉

(72)【発明者】

【氏名】友清 憲治

(72)【発明者】

【氏名】中野 康彦

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１７２７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／００６７７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－４３８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００５／０６９３４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－１５６１９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ６１／０６７

Ｈ０１Ｊ ６１／０６

Ｈ０１Ｊ ６１／０７３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

線径２ｍｍ以上３５ｍｍ以下の放電ランプ用カソード部品であって、
タングステンとエミッタ材とを含有し、前記エミッタ材の濃度が０．１質量％以上５質量％以下である、第１の部分と、
前記エミッタ材と異なる金属を含有し、前記エミッタ材の濃度が０．１質量％未満である、第２の部分と、
を具備し、
前記第１の部分の中心を通るとともに前記第１の部分の長さ方向に沿う断面における、前記中心から１ｍｍ以内に位置するとともに９０μｍ×９０μｍの単位面積を有する領域の電子線後方散乱回折分析を行う場合、長さ方向のＩｎｖｅｒｓｅ Ｐｏｌｅ Ｆｉｇｕｒｅマップにおいて、＜１０１＞方位に対する方位差が－１５度以上１５度以下の結晶方位を有するタングステン相の面積比が最も高い、放電ランプ用カソード部品。

【請求項2】

前記電子線後方散乱回折分析を行う場合、前記長さ方向のＩｎｖｅｒｓｅ Ｐｏｌｅ Ｆｉｇｕｒｅマップにおいて、＜１０１＞方位に対する方位差が－１５度以上１５度以下の結晶方位を有するタングステン相の面積比が５０％以上である、請求項１に記載のカソード部品。

【請求項3】

前記電子線後方散乱回折分析を行う場合、前記長さ方向のＩｎｖｅｒｓｅ Ｐｏｌｅ Ｆｉｇｕｒｅマップにおいて、＜１０１＞方位に対する方位差が－１５度以上１５度以下の結晶方位を有するタングステン相の面積比が６０％以上８０％以下である、請求項１に記載のカソード部品。

【請求項4】

前記電子線後方散乱回折分析を行う場合、前記長さ方向のＩｎｖｅｒｓｅ Ｐｏｌｅ Ｆｉｇｕｒｅマップにおいて、＜１０１＞方位に対する方位差が－１０度以上１０度以下の結晶方位を有するタングステン相の面積比が５０％以上である、請求項１に記載のカソード部品。

【請求項5】

前記電子線後方散乱回折分析を行う場合、前記断面に垂直な方向のＩｎｖｅｒｓｅ Ｐｏｌｅ Ｆｉｇｕｒｅマップにおいて、＜１１１＞方位に対する方位差が－１５度以上１５度以下の結晶方位を有するタングステン相の面積比が１５％以上５０％以下である、請求項１に記載のカソード部品。

【請求項6】

前記金属は、タングステンおよびモリブデンからなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含み、
前記第２の部分の前記少なくとも一つの金属元素の濃度は、９７質量％以上である、請求項１に記載のカソード部品。

【請求項7】

前記エミッタ材は、トリウムおよびハフニウムからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含む、請求項１に記載のカソード部品。

【請求項8】

前記第１の部分は、前記タングステンを含む複数の結晶を有し、
前記第１の部分の前記結晶の平均粒径は、１０μｍ以下である、請求項１に記載のカソード部品。

【請求項9】

前記第１の部分は、前記タングステンを含む第１の複数の結晶を有し、
前記第２の部分は、前記金属を含む第２の複数の結晶を有し、
前記第２の部分の前記第２の複数の結晶の平均粒径は、前記第１の部分の前記第１の複数の結晶の平均粒径よりも大きい、請求項１に記載のカソード部品。

【請求項10】

前記カソード部品の線径方向の断面において、前記第２の部分は、前記第１の部分を囲む、請求項１に記載のカソード部品。

【請求項11】

前記第１の部分は、前記第２の部分の一つの面に積層される、請求項１に記載のカソード部品。

【請求項12】

前記第１の部分および前記第２の部分からなる群より選ばれる少なくとも一つの部分は、電極支持棒と一体的に設けられる、請求項１に記載のカソード部品。

【請求項13】

前記第２の部分の表面は、粗化部を有する、請求項１に記載のカソード部品。

【請求項14】

請求項１に記載の前記カソード部品を具備する、放電ランプ。

【請求項15】

デジタルシネマ用放電ランプである、請求項１４に記載の放電ランプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、放電ランプ用カソード部品および放電ランプに関する。

【背景技術】

【0002】

放電ランプは、低圧放電ランプと高圧放電ランプの２種類に大きく分けられる。低圧放電ランプは、一般照明、道路やトンネル等に使われる特殊照明、塗料硬化装置、紫外線（ＵＶ）硬化装置、殺菌装置、半導体等の光洗浄装置等様々なアーク放電型の放電ランプが挙げられる。高圧放電ランプは、上下水の処理装置、一般照明、競技場等の屋外照明、ＵＶ硬化装置、半導体やプリント基板等の露光装置、ウエハ検査装置、プロジェクタ等の高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ナトリウムランプ等が挙げられる。このように放電ランプは、照明装置、映像投影装置、製造装置等の様々な装置に用いられている。

【0003】

例えば、放電ランプを用いた投射型表示装置が知られている。近年は、ホームシアターやデジタルシネマが普及。これらは、プロジェクタと呼ばれる投射型表示装置を用いる。従来の投射型表示装置は、放電ランプの電極の消耗により、ランプ寿命や射出される光のちらつきに影響を及ぼす。このような問題に対処するために、放電ランプの駆動方式として、パルス幅変調（ＰＷＭ）駆動を採用することが知られている。このように、放電ランプの電極消耗は、制御回路により管理できる。

【0004】

放電ランプの電極を消耗すると、ランプ電圧が低下する。これにより、放電ランプから放出される光にばらつきが生じる。このような現象はフリッカー現象と呼ばれる。フリッカー現象は、映像のちらつき等に影響を及ぼす。このため、高い耐久性を有する放電ランプ用電極が求められている。

【0005】

放電ランプ用カソード部品の長さ方向（側面方向）の断面と線径方向（円周方向）の断面のタングステン結晶の粒径を制御する技術が知られている。上記技術を用いて製造されたカソード部品は、耐久性試験として、カソード部品に通電して加熱した状態で、電圧を印加し、１０時間後のエミッション電流密度（ｍＡ／ｍｍ^２）と１００時間後のエミッション電流密度（ｍＡ／ｍｍ^２）を測定することにより、優れた特性を有することが知られている。

【0006】

放電ランプは、照明装置、映像投影装置、製造装置等の様々な装置に用いられている。放電ランプの電極が消耗するとランプ性能が低下する。ランプ性能が低下すると放電ランプの交換を必要とする。このため、電極の更なる長寿命化が望まれている。従来の放電ランプ用カソード部品は、１００時間程度では優れた耐久性を示すが、それを超える長時間では耐久性が低下する。

【0007】

放電ランプ用カソード部品は、エミッタ材を含有する。エミッタ材のいくつかは、エミッション特性に寄与する。放電ランプ用カソード部品の全体にエミッタ材を含有する場合、放電ランプ用カソード部品は、エミッション特性に寄与しないエミッタ材も含有する。これは、コストアップの要因となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１１－３４８６号公報

【文献】特許第５８００９２２号公報

【発明の概要】

【0009】

実施形態に係る線径２ｍｍ以上３５ｍｍ以下の放電ランプ用カソード部品は、タングステンとエミッタ材とを含有し、エミッタ材の濃度が０．１質量％以上５質量％以下である、第１の部分と、エミッタ材と異なる金属を含有し、エミッタ材の濃度が０．１質量％未満である、第２の部分と、を具備する。第１の部分の中心を通るとともに第１の部分の長さ方向に沿う断面における、中心から１ｍｍ以内に位置するとともに９０μｍ×９０μｍの単位面積を有する領域の電子線後方散乱回折分析を行う場合、長さ方向のＩｎｖｅｒｓｅ Ｐｏｌｅ Ｆｉｇｕｒｅマップにおいて、＜１０１＞方位に対する方位差が－１５度以上１５度以下の結晶方位を有するタングステン相の面積比が最も高い。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】放電ランプ用カソード部品の例の構造を示す長さ方向の断面模式図である。

【図2】放電ランプ用カソード部品の他の例の構造を示す長さ方向の断面模式図である。

【図3】放電ランプ用カソード部品の例の構造を示す線径方向の断面模式図である。

【図4】放電ランプ用カソード部品の更なる他の例の構造を示す長さ方向の断面模式図である。

【図5】放電ランプ用カソード部品の更なる他の例の構造を示す長さ方向の断面模式図である。

【図6】放電ランプ用カソード部品の更なる他の例の構造を示す長さ方向の断面模式図である。

【図7】放電ランプ用カソード部品の更なる他の例の構造を示す長さ方向の断面模式図である。

【図8】タングステン部の中心を示す長さ方向の断面模式図である。

【図9】電極支持棒に取り付けられた放電ランプ用カソード部品の例の構造を示す長さ方向の断面模式図である。

【図10】電極支持棒に取り付けられた放電ランプ用カソード部品の他の例の構造を示す長さ方向の断面模式図である。

【図11】放電ランプの構造例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。図面に記載された各構成要素の厚さと平面寸法との関係、各構成要素の厚さの比率等は現物と異なる場合がある。実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し適宜説明を省略する。

【0012】

図１は、放電ランプ用カソード部品の例の構造を示す長さ方向の断面模式図である。図２は、放電ランプ用カソード部品の他の例の構造を示す長さ方向の断面模式図である。図３は、放電ランプ用カソード部品１の例の構造を示す線径方向の断面模式図である。図４ないし図７のそれぞれは、放電ランプ用カソード部品の更なる他の例の構造を示す長さ方向の断面模式図である。カソード部品１の形状は、図１ないし図７に示す形状に限定されない。

【0013】

カソード部品１は、タングステン部（第１の部分）２と、高融点金属部（第２の部分）３と、を具備する。タングステン部２は、タングステン（Ｗ）とエミッタ材を含有する。高融点金属部３は、エミッタ材を含有しない、またはタングステン部２のエミッタ材の濃度よりも低い濃度を有するエミッタ材を有する。言い換えると、高融点金属部３はエミッタ材以外のものを含有する合金であってもよい。また、エミッタ材とは仕事関数が４．０ｅＶ以下の材料である。

【0014】

図１に示すカソード部品１の先端部の表面は、円形状を有する。カソード部品１は、図３に示すように、タングステン部２の周囲に高融点金属部３を備える。換言すると、カソード部品１の線径方向の断面において、タングステン部２は、高融点金属部３により囲まれる。このような構造は、周囲一体型構造とも呼ばれる。図１は、カソード部品１の長さＴ１と、カソード部品１の線径Ｗ１と、タングステン部２の線径Ｗ２と、を示す。

【0015】

図２に示すカソード部品１の先端部は、図１に示すカソード部品１の先端部を尖らせることにより形成された先細り形状を有する。図２は、タングステン部２と高融点金属部３とを一体的に尖らせることにより形成された先細り形状を示す。

【0016】

図４に示すカソード部品１は、高融点金属部３の中心に設けられたタングステン部２を有する形状を有する。図４は、長さＴ１と、タングステン部２の長さＴ２と、を示す。

【0017】

図５に示すカソード部品１は、タングステン部２の周囲に高融点金属部３を有し、タングステン部２の一部が高融点金属部３から突出し、高融点金属部３が尖った先端部を有し、タングステン部２の長さが高融点金属部３よりも短い形状を有する。図５は、長さＴ２と、タングステン部２の高融点金属部３から突出する突出部の長さＴ３と、を示す。このような構造は、先端はめ込み型構造とも呼ばれる。

【0018】

図６に示すカソード部品１は、高融点金属部３の一つの面（例えば先端の表面）に積層されたタングステン部２を備える形状を有する。

【0019】

図７に示すカソード部品１は、図６に示す高融点金属部３の先端を尖らせることにより形成された先細り形状を有する。これらの構造は、先端積層型構造とも呼ばれる。図７は、長さＴ１と、長さＴ３と、を示す。

【0020】

放電ランプ用カソード部品は、放電ランプの性能に合わせて所定のカソード部品のサイズを必要とする。放電ランプが点灯するとカソード部品が発熱し、エミッションが発生する。カソード部品のサイズが小さいと、カソード部品の温度が高温になり過ぎて寿命が低下する。カソード部品のサイズが大きいと、カソード部品の温度が上がらずにエミッション特性が低下する。このため、放電ランプの性能に合わせてカソード部品１のサイズを決める必要があるが、この一方で、カソード部品に含有された一部のエミッタ材がエミッション特性に寄与しない場合がある。エミッタ材の使用量を抑えることは、コストダウンにも効果的である。このため、カソード部品１は、タングステン部２と高融点金属部３との割合を調整することにより、エミッション特性を低下させずにコストダウンを実現できる。

【0021】

線径Ｗ１は、２ｍｍ以上３５ｍｍ以下である。周囲一体型構造の場合、線径Ｗ１に対する線径Ｗ２の比Ｗ２／Ｗ１は０．２以上０．８以下の範囲内が好ましい。比Ｗ２／Ｗ１が０．２未満であると、エミッタ材を含有する領域が不足してエミッション特性が不足する。比Ｗ２／Ｗ１が０．８を超えると、高融点金属部３を設ける効果が不足する。このため、比Ｗ２／Ｗ１は０．２以上０．８以下、さらには０．３以上０．７以下が好ましい。比Ｗ２／Ｗ１の好ましい範囲は先端はめ込み型構造も同様である。

【0022】

先端積層型構造の場合、比Ｗ２／Ｗ１は０．８以上１．２以下が好ましい。比Ｗ２／Ｗ１が０．８未満または１．２を超えると、タングステン部２と高融点金属部３が接触しない領域の面積が増える。よって、接触しない部分がひっかかり破損する可能性がある。このため、先端積層型構造の比Ｗ２／Ｗ１は０．８以上１．２以下、さらには０．９以上１．１以下が好ましい。最も好ましくは比Ｗ２／Ｗ１は１である。

【0023】

カソード部品１を放電ランプ用カソード部品として使用するとき、タングステン部２の先端部は尖った形状を有することが好ましい。尖った形状を有する先端部の長さ方向の断面は、４０度以上１２０度以下の傾斜角を有するテーパを有することが好ましい。

【0024】

周囲一体型構造の場合、長さＴ１と長さＴ２は、実質的に同じになる。図２に示すように、先端部を尖らせた場合は、尖らせた分だけ、タングステン部２の長さＴ２が長くなる。必要に応じ、尖らせた分さらにタングステン部２を高融点金属部３よりも突出させてもよい。

【0025】

先端はめ込み型構造の場合、長さＴ１に対する長さＴ２の比Ｔ２／Ｔ１は、０．３以上０．７以下が好ましい。比Ｔ２／Ｔ１が０．３未満であるとエミッタ材の量が少なくなるため、寿命が低下する。比Ｔ２／Ｔ１が０．７を超えると、タングステン部２を設ける穴が深くなる。穴が深くなると、タングステン部２と高融点金属部３の間に隙間が形成され易くなる。隙間が形成されると、カソード部品１内で熱伝導率が悪くなり、破損の原因となる。

【0026】

先端はめ込み型構造の場合、長さＴ２に対する長さＴ３の比Ｔ３／Ｔ２は０．１以上０．６以下であることが好ましい。比Ｔ３／Ｔ２が０．１未満であるとタングステン部２の突出部の長さが不足するためエミッション特性が低下する可能性がある。比Ｔ３／Ｔ２が０．６を超えると、上記突出部の長さが長くなり過ぎて折れる可能性が高くなる。

【0027】

先端積層型構造の場合、長さＴ１に対する長さＴ３の比Ｔ３／Ｔ１は０．３以上０．７以下であることが好ましい。比Ｔ３／Ｔ１が０．３未満であるとエミッタ材の量が不足する。比Ｔ３／Ｔ１が０．７を超えると、後述する電極支持棒を取り付けるスペースが小さくなる。

【0028】

周囲一体型構造は、前述のとおり、タングステン部２の周囲に設けられた高融点金属部３を有する。周囲一体型構造であるとカソード部品１の形成するための長尺物を実現できる。長尺物を切断することにより、必要なサイズのカソード部品を得ることができる。このことは、様々なサイズのカソード部品の作製に適している。タングステン部２と高融点金属部３とを一体化することにより、タングステン部２が抜け落ちることを防止できる。

【0029】

先端はめ込み型構造は、前述のとおり、高融点金属部３にはめ込まれたタングステン部２を有する。上記構造により、タングステン部２が抜け落ちることを防止できる。また、タングステン部２が突起状に設けられているため、タングステン部２の先端部のみをテーパ状に加工することができる。先端積層型構造についても、先端はめ込み型構造と同様に、タングステン部２の先端部のみをテーパ状に加工することができる。また、タングステン部２と高融点金属部３の長さを任意に組み合わせることができる。このため、先端積層型構造はタングステン部２と高融点金属部３の長さを容易に調整できる。

【0030】

周囲一体型構造、先端はめ込み型構造、先端積層型構造を比較すると、先端はめ込み型構造が最も作り易い。タングステン部２の先端部をテーパ状に加工しやすい構造は、先端積層型構造である。

【0031】

タングステン部２は、例えば０．１質量％以上５質量％以下の濃度を有するエミッタ材を含有するタングステン合金からなる。タングステン部２のタングステンの濃度は、例えば９０質量％以上であってもよい。タングステン部２のタングステンの濃度の上限は、例えば９５質量％以上であってもよい。エミッタ材は、例えばトリウムおよびハフニウムからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素を含むことが好ましい。トリウムを用いるときは、エミッタ材の含有量はＴｈＯ_２換算により求められる。ハフニウムを用いるときは、エミッタ材の含有量はＨｆＣ換算により求められる。トリウムまたはハフニウムは、エミッション特性が良いため前述の含有量で性能を得ることができる。

【0032】

タングステン部２のエミッタ材の濃度が０．１質量％未満であると、エミッタ材の添加による効果が小さく、５質量％を超えると焼結性または加工性を低下させる。このため、エミッタ材の濃度は、０．１質量％以上５質量％以下、さらには０．５質量％以上３質量％以下の範囲が好ましい。特に、エミッタ材としてトリウム成分を用いるときは０．５～３質量％の範囲内であることが好ましい。エミッタ材の仕事関数は４．０ｅＶ以下である。

【0033】

高融点金属部３に含まれる金属は、タングステンおよびモリブデン（Ｍｏ）からなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含むことが好ましい。

【0034】

高融点金属部３の上記少なくとも一つの金属元素の濃度（タングステンおよびモリブデンの合計含有量）は、９７質量％以上が好ましい。タングステンおよびモリブデンの割合を増やすことにより、耐久性を向上できる。高融点金属部３の上記少なくとも一つの金属元素の濃度は、タングステン部２のタングステンの濃度よりも高い。

【0035】

高融点金属部３の上記エミッタ材の含有量（濃度）は、例えば０．１質量％未満である。高融点金属部３は、上記エミッタ材を実質的に含有しないことが好ましいが、製造工程中に、上記エミッタ材が高融点金属部３に拡散して不可避的に含有される場合がある。

【0036】

高融点金属部３の融点は例えば２３００℃以上である。放電ランプ用カソード部品は使用中に２０００℃付近まで発熱する。このため、高融点材料を主成分とすることが好ましい。タングステンの融点は３４２２℃、モリブデンの融点は２６２３℃である。タングステンおよびモリブデンは融点が高いことから、放電ランプ用カソード部品の使用温度であっても耐久性を示す。

【0037】

高融点金属部３は、例えばドープタングステン合金、タングステンモリブデン合金、純タングステン、純モリブデンからなる群より選ばれる少なくとも一つを含んでいてもよい。これらの材料は、いずれも２３００℃以上の高い融点を有する。

【0038】

ドープタングステン合金は、例えばカリウム（Ｋ）、珪素（Ｓｉ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選ばれる少なくとも一つのドープ材を含有する。ドープ材の含有量は、例えば５００質量ｐｐｍ以下である。ドープ材はエミッタ材には該当しない。

【0039】

タングステンモリブデン合金は、１質量％以上５０質量％以下のモリブデンを含有する。純タングステンは、９９．９質量％以上のタングステンを含有する。純モリブデンは９９．９質量％以上のモリブデンを含有するである。

【0040】

図８は、タングステン部２の中心４を示す長さ方向の断面模式図である。図８は、図２に示す周囲一体型構造のカソード部品１の例を示す。カソード部品１は、タングステン部２の中心４を通るとともにタングステン部２の長さ方向に沿う断面における、中心４から１ｍｍ以内に位置するとともに９０μｍ×９０μｍの単位面積を有する領域の電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）分析を行う場合、長さ方向の逆極点図（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｐｏｌｅ Ｆｉｇｕｒｅ：ＩＰＦ）マップにおいて、－１５度以上１５度以下の結晶方位を有するタングステン相の面積比が最も高い。

【0041】

ＥＢＳＤは、結晶試料に電子線を照射する。電子は回折され反射電子として試料から放出される。この回折パターンを投影し、投影されたパターンから結晶方位を測定することができる。Ｘ線回折（ＸＲＤ）は複数の結晶における結晶方位の平均値を測定する方法である。これに対し、ＥＢＳＤは個々の結晶の結晶方位を測定することができる。ＥＢＳＤと同様の分析方法は、電子線後方散乱パターン（ＥＢＳＰ）分析と呼ばれることがある。

【0042】

ＥＢＳＤ分析は、日本電子株式会社製の熱電界放射型走査電子顕微鏡（ＴＦＥ－ＳＥＭ）ＪＳＭ－６５００Ｆと株式会社ＴＳＬソリューション製のＤｉｇｉＶｉｅｗＩＶスロースキャンＣＣＤカメラ、ＯＩＭ Ｄａｔａ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｖｅｒ．７．３ｘ、ＯＩＭ Ａｎａｌｙｓｉｓｖｅｒ．８．０を用いて行われる。

【0043】

ＥＢＳＤ分析の測定条件は、電子線の加速電圧２０ｋＶ、照射電流１２ｎＡ、試料の傾斜角７０度、測定領域の単位面積９０μｍ×９０μｍ、測定位置は中心４から１ｍｍ以内、測定間隔０．３μｍ／ｓｔｅｐを含む。上記断面が測定面であり、上記断面へ電子線を照射し回折パターンを得る。測定試料の測定面は、表面粗さＲａが０．８μｍ以下になるまで研磨される。

【0044】

結晶方位は、基本ベクトルを用いて方向を示す。角括弧（［ ］）と角括弧に挟まれた数字の組み合わせからなる表記は特定の結晶方位のみを示す。山括弧（＜ ＞）と山括弧に挟まれた数字の組み合わせからなる表記は、特定の結晶方位とそれと等価な方向とを示す。例えば、＜１０１＞方位とは、［１０１］と等価な方向を含むことを示す。また、タングステン相の長さ方向への優先方位が＜１０１＞方位であるということは、＜１０１＞方位がすべての結晶方位の中で最も割合が多いことを示す。

【0045】

ＩＰＦマップとは、結晶方位マップのことである。ＩＰＦマップは、所定の結晶方位からずれた領域の割合を面積比で求めることができる。ＩＰＦマップは、前述のＥＢＳＤ測定方法に準じて求めることができる。カラーマッピングにより、面積比を画像解析により求めやすくできる。

【0046】

上記断面において、タングステン相の優先方位が＜１０１＞方位である。これにより、タングステン結晶の異常粒成長を抑制できる。異常粒成長は、製造工程中または放電ランプ使用中にタングステン結晶が粗大になることである。

【0047】

エミッタ材はタングステン結晶同士の粒界に分布する。タングステン結晶が異常粒成長すると、エミッタ材の分布状態が変化する。これにより、フリッカー寿命が低下する。フリッカー寿命は、フリッカー現象が発生するまでの時間である

【0048】

実施形態の放電ランプ用カソード部品は、タングステン結晶の異常粒成長を抑制する。異常粒成長は、カソード部品の製造工程中だけでなく、放電ランプの使用中にも発生する。放電ランプに組み込む前のカソード部品が異常粒成長により形成された粗大粒を有していなくても、カソード部品の組み込み後の放電ランプの使用中に粗大粒を形成する。長さ方向の上記断面においてタングステン相の優先方位を制御することにより、異常粒成長を抑制できる。

【0049】

断面における中心から１ｍｍ以内に位置するとともに９０μｍ×９０μｍの単位面積を有する領域のＥＢＳＤ分析を行う場合、タングステン部２の長さ方向のＩＰＦマップにおいて、＜１０１＞方位に対する方位差が－１５度以上１５度以下の結晶方位を有するタングステン相の面積比は５０％以上であることが好ましい。

【0050】

＜１０１＞方位に対する方位差が±１５度以内であれば、＜１０１＞方位と同等の効果を得ることができる。＜１０１＞方位に対する方位差が±１５度以内の結晶方位を有するタングステン相の面積比が５０％未満の場合、特性向上の効果が不十分となる可能性がある。また、単位面積９０μｍ×９０μｍの微小領域において上記タングステン相の面積比を制御することにより、異常粒成長を抑制する効果を高めることができる。これにより、フリッカー寿命を長くできる。＜１０１＞方位に対する方位差が±１５度の範囲から外れると、所望の結晶方位以外の結晶方位を有するタングステン相の割合が増加する。

【0051】

上記面積比の上限は８０％以下であることが好ましい。８０％を超えると、断面に垂直な方向（線径方向）の結晶方位を制御することが困難となる可能性がある。異なる結晶方位を有するタングステン相が存在することにより、粒成長の抑制効果を向上させることができる。このため、＜１０１＞方位に対する方位差が±１５度以内の結晶方位を有するタングステン相の面積比は５０％以上８０％以下、さらには６０％以上８０％以下が好ましい。さらに好ましくは６５％以上７５％以下である。

【0052】

長さ方向のＩＰＦマップにおいて、＜１０１＞方位に対する方位差が－１０度以上１０度以下である結晶方位を有するタングステン相の面積比は、５０％以上であることが好ましい。＜１０１＞方位に対する方位差が±１０度以内である結晶方位を有するタングステン相の面積比が５０％以上であるということは、＜１０１＞方位に近い結晶方位を有するタングステン相の面積比が高いことを示す。上記面積比は６５％以下であることが好ましい。これにより、異常粒成長をさらに抑制することができる。

【0053】

タングステン部２の中心４を通るとともに長さ方向の断面における、中心から１ｍｍ以内に位置するとともに９０μｍ×９０μｍの単位面積を有する領域のＥＢＳＤ分析を行う場合、断面と垂直な方向（線径方向）のＩＰＦマップにおいて、＜１１１＞方位に対する方位差が－１５度以上１５度以下の結晶方位を有するタングステン相の面積比が１５％以上５０％以下であることが好ましい。

【0054】

＜１１１＞方位に対する方位差が±１５度以内であれば、＜１１１＞方位と同等の効果を得ることができる。＜１１１＞方位に対する方位差が±１５度以内の結晶方位を有していても、面積比が１５％未満または５０％を超えると特性向上の効果が不十分となる可能性がある。このため、面積比は１５％以上５０％以下、さらには１８％以上４０％以下が好ましい。単位面積９０μｍ×９０μｍの微小領域で所定の結晶方位を有するタングステン相の面積比を制御することにより、異常粒成長を抑制する効果を高めることができる。これにより、フリッカー寿命を長くできる。前述のように、断面方向の最も強い配向は＜１０１＞方位である。断面方向に垂直な方向に＜１１１＞方位を所定の割合で存在させることにより、粒成長をさらに抑制できる。

【0055】

タングステン部２は、タングステンを含む結晶（タングステン結晶）を有する。タングステン部２のタングステン結晶の平均粒径Ｄ_５０は、１０μｍ以下、さらには５μｍ以下であることが好ましい。タングステン部２は、エミッタ材を含む結晶（エミッタ材結晶）を有していてもよい。エミッタ材結晶の平均粒径Ｄ_５０は、３μｍ以下であることが好ましい。タングステン結晶およびエミッタ材結晶の平均粒径を制御することにより、エミッタ材をタングステン部２に均一に分散させることができる。

【0056】

高融点金属部３は、上記金属を含む結晶（金属結晶）を有する。高融点金属部３の金属結晶の平均粒径Ｄ_５０は、５０μｍ以下が好ましい。高融点金属部３は、エミッタ材を含有しないまたはエミッタ材濃度が極めて低いため、金属結晶の平均粒径Ｄ_５０は、タングステン結晶の平均粒径Ｄ_５０よりも大きくてもよい。

【0057】

タングステン部２のタングステン結晶の平均粒径Ｄ_５０（平均粒径Ａ（ｎｍ））に対する、高融点金属部３の金属結晶の平均粒径Ｄ_５０（平均粒径Ｂ（μｍ））の比Ｂ／Ａは、式：０．２≦Ｂ／Ａ≦１０を満たすことが好ましい。タングステン結晶と金属結晶との間で平均粒径の大きな差があると、タングステン部２と高融点金属部３との間で熱膨張差が生じて耐久性が低下する可能性がある。

【0058】

比Ｂ／Ａは、式：１＜Ｂ／Ａ≦１０を満たすことがより好ましい。これは高融点金属部３の金属結晶の平均粒径Ｄ_５０がタングステン部２のタングステン結晶の平均粒径Ｄ_５０よりも大きいことを示す。先端はめ込み型構造または周囲一体型構造は、タングステン部２を覆うように高融点金属部３が設けられている。高融点金属部３の金属結晶の平均粒径Ｄ_５０をタングステン部２のタングステン結晶の平均粒径Ｄ_５０よりも大きくすることにより、放熱性を向上できる。先端積層型構造は、高融点金属部３が電極支持棒６に近い位置にある。高融点金属部３の金属結晶の平均粒径Ｄ_５０を大きくすることにより、導電性を向上できる。平均粒径Ｄ_５０が大きくなると粒界の数が減る。粒界は結晶よりも熱や電気の抵抗体となる。高融点金属部３の金属結晶の平均粒径Ｄ_５０を大きくすることにより、放熱性や導電性を向上させることができる。このため、高融点金属部３の金属結晶の平均粒径Ｄ_５０は、タングステン部２のタングステン結晶の平均粒径Ｄ_５０よりも大きいことが好ましい（Ａ＜Ｂ）。

【0059】

タングステン部２のタングステン結晶の平均粒径Ｄ_５０および高融点金属部３の金属結晶の平均粒径Ｄ_５０は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察された領域のＳＥＭ写真（倍率１０００倍以上）を用いて測定される。測定エリアは、線径方向の断面とする。周囲一体型構造および先端はめ込み型構造の場合は、タングステン部２と高融点金属部３とを含む一つの断面を測定エリアとする。先端積層型構造は、タングステン部２と高融点金属部３とのそれぞれ線径方向の断面を測定エリアとする。タングステン部２は、倍率５０００倍以上の単位面積５０μｍ×５０μｍの領域で測定される。高融点金属部３は倍率１０００倍以上の単位面積２５０μｍ×２５０μの領域で測定される。測定領域で観察される結晶の最も長い対角線を粒径とする。ＳＥＭ写真に写る輪郭が確認できる任意の１０個以上の結晶粒の粒径を測定し、この平均値を平均粒径Ｄ_５０とする。ＳＥＭ写真の端部で見切れている結晶（輪郭のすべてが写っていない結晶）は結晶としてカウントしない。

【0060】

高融点金属部３の密度は、タングステン部２の密度よりも低いことが好ましい。密度を低下させることにより、放熱性も向上できる。後述するように放電ランプ内は真空である。放熱性を向上させるには、輻射熱を利用することが有効である。多くの空隙を含む低密度構造を形成することにより、輻射熱を増やすことができる。また、密度を低下させることにより、後述する粗化加工を高融点金属部３に施しやすくなる。

【0061】

タングステン部２の密度は１８．６ｇ／ｃｍ^３以上、さらには１９．０ｇ／ｃｍ^３以上が好ましい。高融点金属部３の密度は、モリブデンを含むのであれば密度は例えば９．０ｇ／ｃｍ^３以上１０．０ｇ／ｃｍ^３以下、タングステンを含むのであれば密度は例えば１６．０ｇ／ｃｍ^３以上１９．０ｇ／ｃｍ^３以下が好ましい。カソード部品１の密度は１７．５ｇ／ｃｍ^３以上が好ましい。密度は、例えばアルキメデス法を用いて測定可能である。

【0062】

図９は電極支持棒に取り付けられた放電ランプ用カソード部品の例の構造を示す長さ方向の断面模式図である。図１０は電極支持棒に取り付けられた放電ランプ用カソード部品の他の例の構造を示す長さ方向の断面模式図である。

【0063】

図９および図１０は、放電ランプ用カソード部品１と、タングステン部２と、高融点金属部３と、粗化部５と、電極支持棒６と、を示す。図９は、図３に示す先端積層型構造を有するカソード部品１を例示する。図１０は、図２に示す周囲一体型構造を有するカソード部品１を例示する。これに限定されず、他の構造も適用可能である。

【0064】

粗化部５は、高融点金属部３の表面の一部または全部に設けることができる。粗化部５を形成することにより、高融点金属部３の表面積を増加できる。これにより、輻射熱による効果を増加できる。粗化部５は、凹形状、凸形状、溝形状等の形状を有する。凹形状または溝形状は、深さ１ｍｍ以下の凹部または溝を有することが好ましい。凸形状は高さ１ｍｍ以下の凸部を有することが好ましい。１ｍｍを超えると、粗化部５に他の部材が触れた際に削れて粉（不純物）が発生しやすい。凹部または溝の深さの下限は１０μｍ以上が好ましい。

【0065】

電極支持棒６は、タングステン部２または高融点金属部３に取り付けられている。タングステン部２または高融点金属部３と電極支持棒６を一体的に設けることにより、放電ランプを容易に組み立てることができる。

【0066】

図９に示す電極支持棒６は、高融点金属部３の裏面側の中心部に設けられている。図１０に示す電極支持棒６は、タングステン部２に接して設けられている。

【0067】

電極支持棒６は、タングステン部２または高融点金属部３に圧入または接合されている。圧入とは、接合材を用いずに、電極支持棒６を挿入することで固定する方法である。接合とは、電極支持棒６とタングステン部２または高融点金属部３の間に接合材を介して固定する方法である。電極支持棒６はタングステン部２または高融点金属部３と一体成型されてもよい。電極支持棒６は、タングステンまたはモリブデンを主成分とする高融点金属からなることが好ましい。

【0068】

実施形態のカソード部品は、放電ランプに適用することができる。図１１は放電ランプの構造例を示す図である。図１１に示す放電ランプ１０は、カソード部品１と、電極支持棒６と、アノード部品７と、ガラス管８と、を具備する。

【0069】

カソード部品１は一つの電極支持棒６に接続されている。アノード部品７は他の一つの電極支持棒６に接続されている。接続はろう付け等によって行われる。カソード部品１とアノード部品７はガラス管８の中で対向して配置され、電極支持棒６の一部とともに封止されている。ガラス管８内部は真空に保たれている。

【0070】

カソード部品１は低圧放電ランプ、高圧放電ランプのいずれの放電ランプにも適用できる。低圧放電ランプは、一般照明、道路やトンネル等に使われる特殊照明、塗料硬化装置、ＵＶ硬化装置、殺菌装置、半導体等の光洗浄装置等に用いられる、様々なアーク放電型の放電ランプが挙げられる。高圧放電ランプは、上下水の処理装置、一般照明、競技場等の屋外照明、ＵＶ硬化装置、半導体やプリント基板等の露光装置、ウエハ検査装置、プロジェクタ等の高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、ナトリウムランプ等が挙げられる。このように放電ランプは、照明装置、映像投影装置、製造装置等の様々な装置に用いられている。実施形態のカソード部品は耐久性に優れているため、高圧放電ランプに適している。

【0071】

放電ランプの出力は、例えば１００Ｗないし１０ｋＷである。１０００Ｗ未満の出力の放電ランプを低圧放電ランプとし、１０００Ｗ以上の出力の放電ランプを高圧放電ランプとする。

【0072】

放電ランプは、それぞれ用途に応じて設定された保証寿命を有する。保証寿命の一つにフリッカー寿命がある。フリッカー現象とは、前述のとおり放電ランプの出力がばらつくことであり、放電ランプの出力が１００％になる電圧を印加しているにも関わらず、出力が低下する。

【0073】

デジタルシネマ用放電ランプは、出力１ｋＷ以上７ｋＷ以下程度の放電ランプを用いて構成される。スクリーンサイズに合わせて、放電ランプの出力を選択する。スクリーンサイズが６ｍでは出力１．２ｋＷである。スクリーンサイズが１５ｍでは出力４ｋＷである。スクリーンサイズが３０ｍでは出力７ｋＷである。出力１．２ｋＷの放電ランプの定格寿命は３０００時間程度に設定されている。出力４ｋＷの放電ランプの定格寿命は１０００時間程度に設定されている。出力７ｋＷの放電ランプの定格寿命は３００時間程度に設定されている。デジタルシネマ用放電ランプの寿命は出力が大きくなるに従い短い。このように、放電ランプの寿命は、用途や使用条件によって様々である。

【0074】

従来の放電ランプ用カソード部品では、寿命の半分程度の期間が経過するとフリッカー現象が生じる。デジタルシネマ用放電ランプにフリッカー現象が生じると、画面のちらつきが生じ、きれいな画像を視認できないため、定格寿命の前に上記部品を交換する必要がある。実施形態のカソード部品は、放電ランプの使用中においてタングステン結晶の異常粒成長を抑制できる。このため、フリッカー現象の発生を抑制することができる。

【0075】

デジタルシネマ等の投影型表示装置は、ちらつきが生じると画質が低下する。このため、フリッカー現象の抑制要求が厳しい。このため、実施形態のカソード部品は、デジタルシネマ用放電ランプに好適である。ここではデジタルシネマ用放電ランプを例示するが、他の用途についても同様である。

【0076】

次に、実施形態のカソード部品の製造方法例について説明する。実施形態のカソード部品の製造方法は、上記構成を有していれば特に限定されないが、歩留り良くカソード部品を製造する方法として次の方法が挙げられる。

【0077】

まず、タングステン部２の製造方法について説明する。ここではエミッタ材としてトリウムを用いた製造方法について説明する。

【0078】

トリウムを含有するタングステン合金粉末を調製する。タングステン合金粉末の調製法は、例えば湿式法と乾式法が挙げられる。

【0079】

湿式法では、まず、タングステン材料粉末を調製する工程を実施する。タングステン材料粉末は、タングステン酸アンモニウム（ＡＰＴ）粉末、金属タングステン粉末、酸化タングステン粉末が挙げられる。タングステン材料粉末は、これら１種でもよいし、２種以上を用いてもよい。タングステン酸アンモニウム粉末が比較的価格が安いことから好ましい。タングステン材料粉末の平均粒径は５μｍ以下が好ましい。

【0080】

タングステン酸アンモニウム粉末を使う場合、タングステン酸アンモニウム粉末を大気中または不活性雰囲気（窒素、アルゴン等）中で４００℃以上６００℃以下の温度に加熱して、タングステン酸アンモニウム粉末を酸化タングステン粉末に変化させる。４００℃未満の温度では、酸化タングステン粉末に十分に変化させられず、６００℃を超える温度では、酸化タングステン粉末の粒子が粗大になり、後工程での酸化トリウム粉末との均一分散が困難となる。この工程により、酸化タングステン粉末を調製する。

【0081】

次に、トリウム材料粉末と酸化タングステン粉末を溶液中に添加する工程を実施する。トリウム材料粉末は、金属トリウム粉末、酸化トリウム粉末、硝酸トリウム粉末が挙げられる。この中では、硝酸トリウム粉末が好ましい。硝酸トリウム粉末は液体中で均一に混合しやすい。この工程により、トリウム材料粉末と酸化タングステン粉末とを含有する溶液を調製する。最終的に目的とする酸化トリウム濃度と同じか、若干高めの濃度となるように添加することが好ましい。トリウム材料粉末の平均粒径は５μｍ以下が好ましい。溶液は純水であることが好ましい。

【0082】

次に、トリウム材料粉末と酸化タングステン粉末とを含有する溶液の液体成分を蒸発させる工程を実施する。次に、大気雰囲気中で４００℃以上９００℃以下の温度で加熱して、硝酸トリウム等のトリウム材料粉末を酸化トリウム粉末に変化させる分解工程を実施する。この工程により、酸化トリウム粉末と酸化タングステン粉末とを含む混合粉末を調製することができる。得られた酸化トリウム粉末と酸化タングステン粉末とを含む混合粉末の酸化トリウム濃度を測定し、濃度が低い場合には、酸化タングステン粉末を追加することが好ましい。

【0083】

次に、酸化トリウム粉末と酸化タングステン粉末とを含む混合粉末を、水素等の還元雰囲気中、７５０℃以上９５０℃以下の温度で加熱して酸化タングステン粉末を金属タングステン粉末に還元する工程を実施する。この工程により、酸化トリウム粉末を含有するタングステン粉末を調製することができる。

【0084】

金属タングステン粉末とトリウム材料粉末とを混合する方法も有効である。金属タングステン粉末は、タングステン酸アンモニウム粉末から酸化タングステン粉末を形成し、得られた酸化タングステンを還元することにより形成されることが好ましい。タングステン酸アンモニウム粉末から酸化タングステン粉末に変化させるとき、得られる酸化タングステンは酸素欠損を有することが好ましい。酸化タングステンの組成は、ＷＯ_３が安定である。酸素欠損があるとＷＯ_３－ｘ、ｘ＞０、となる。酸素欠損があると、結晶構造にゆがみが形成される。この状態で還元して得られた金属タングステン粉末は、異常粒成長の抑制効果が高い。ｘの値は０．０５≦ｘ≦０．３０の範囲内であることが好ましい。

【0085】

タングステン酸アンモニウム粉末から酸化タングステン粉末を形成する工程は、不活性雰囲気中で加熱する工程が好ましい。不活性雰囲気とは、窒素雰囲気やアルゴン雰囲気である。ｘの値の制御のためには、不活性雰囲気中の酸素量を少なくする（例えば、１体積％以下）ことや、水素を混合すること等が挙げられる。熱処理温度は、４００℃以上６００℃以下の範囲内であることが好ましい。４００℃未満では反応速度が遅く量産性が低下する。６００℃を超えると粒成長し過ぎる可能性がある。

【0086】

ＷＯ_３－ｘ粉末を還元する工程は、水素含有雰囲気で行うことが好ましい。熱処理温度は６００℃以上８００℃以下の範囲内であることが好ましい。熱処理温度が６００℃未満では還元の速度が遅く量産性が低下する。８００℃を超えると粒成長し過ぎる可能性がある。

【0087】

次に、トリウム材料粉末と金属タングステン粉末とを含有する溶液の液体成分を蒸発させる工程を実施する。次に、大気雰囲気中で４００℃以上９００℃以下の温度で試料を加熱して、硝酸トリウム等のトリウム材料粉末を酸化トリウム粉末に変化させる分解工程を実施する。この工程により、酸化トリウム粉末を含有するタングステン粉末を調製できる。

【0088】

乾式法は、先ず、酸化トリウム粉末を準備する。次に、酸化トリウム粉末をボールミルにて粉砕混合する工程を実施する。この工程により、凝集された酸化トリウム粉末をほぐすことができ、凝集された酸化トリウム粉末を低減することができる。混合工程の際は、少量の金属タングステン粉末を添加してもよい。

【0089】

粉砕混合された酸化トリウム粉末に対し、必要に応じ、篩を掛けて粉砕しきれなかった凝集粉または粗大粒を取り除くことが好ましい。篩掛けにより、最大径１０μｍを超える凝集粉または粗大粒を取り除くことが好ましい。

【0090】

次に、金属タングステン粉末を混合する工程を実施する。最終的に目的とする酸化トリウム濃度になるように金属タングステン粉末を添加する。酸化トリウム粉末と金属タングステン粉末の混合粉末を混合容器に入れ、混合容器を回転させ均一に混合させる。このとき、円筒形状の混合容器を円周方向に回転させることにより、スムーズに混合することができる。この工程により、酸化トリウム粉末を含有するタングステン粉末を調製することができる。

【0091】

以上のような、湿式法または乾式法により酸化トリウム粉末を含有するタングステン粉末を調製することができる。湿式法と乾式法では、湿式法の方が好ましい。乾式法は混合容器を回転させながら混合するため、原料粉末と容器が接触して不純物が混入しやすい。酸化トリウム粉末の含有量は０．５質量％以上３質量％以下である。

【0092】

次に、得られたエミッタ材を含有するタングステン粉末を使って成形体を調製する。成形体を形成する際は、必要に応じ、バインダを使用してもよい。成形体は直径７ｍｍ以上５０ｍｍ以下の円柱形状であることが好ましい。成形体の長さは任意である。

【0093】

次に、成形体を予備焼結する工程を実施する。予備焼結は１２２０℃以上１５００℃以下、さらには１２５０℃以上１５００℃以下の温度で行うことが好ましい。この工程により、予備焼結体を得ることができる。

【0094】

次に、予備焼結体を通電焼結する工程を実施する。通電焼結は、焼結体が２１００℃以上２５００℃以下の温度になるように通電することが好ましい。温度が２１００℃未満では十分な緻密化ができず強度が低下する場合がある。２５００℃を超えると、酸化トリウム粒子およびタングステン粒子が粒成長し過ぎて目的とする結晶組織が得られない場合がある。この工程により、酸化トリウム含有タングステン合金焼結体を得ることができる。予備焼結体が円柱形状を有していれば焼結体も円柱形状を有する。

【0095】

次に、円柱状焼結体（インゴット）を、鍛造加工、圧延加工、押出加工等により、線径を調整する第一の加工工程を実施する。第一の加工工程の加工率は１０％以上３０％以下の範囲内であることが好ましい。

【0096】

第一の加工工程の次に第二の加工工程を行う。第二の加工工程は、加工率３０％以上７０％以下、さらには加工率４０％以上７０％以下の圧延加工であることが好ましい。

【0097】

加工率は、加工前の円柱状焼結体の断面積をＣ、加工後の円柱状焼結体の断面積をＤとする場合、加工率＝［（Ｃ－Ｄ）／Ｃ］×１００％、により求められる。例えば、直径２５ｍｍの円柱状焼結体を直径２０ｍｍの円柱状焼結体に加工する場合の加工率を説明する。直径２５ｍｍの円の断面積Ｃは４６０．６ｍｍ^２、直径２０ｍｍの円の断面積Ｄは３１４ｍｍ^２であるから加工率は３２％＝［（４６０．６－３１４）／４６０．６］×１００％となる。

【0098】

第一の加工工程の加工率が１０％以上３０％以下であることは、第一の加工工程の前の円柱状焼結体（インゴット）の断面積を断面積Ｃとして求められる。第二の加工工程の加工率が３０％以上７０％以下であることは、第一の加工工程の後の円柱状焼結体の断面積を断面積Ｃとして求められる。

【0099】

鍛造加工とは、ハンマーで焼結体を叩いて圧力を加える加工である。圧延加工とは、２つ以上のローラーで焼結体を挟みながら加工する方法である。押出加工は、強圧してダイス孔から押し出す方法である。

【0100】

第一の加工工程は、鍛造加工、圧延加工、押出加工の１種または２種以上であることが好ましい。これらの加工方法は、線径Ｗを小さくできる。よって、円柱状焼結体中のポアを低減できる。第一の加工工程は、鍛造加工または押出加工が好ましい。鍛造加工または押出加工は、円柱状焼結体の円周全体を加工しやすいため、ポアの低減効果が高い。

【0101】

第一の加工工程の加工率は１０％以上３０％以下であることが好ましい。加工率が１０％未満であるとポアを低減する効果が小さい。加工率が３０％を超えると結晶方位の制御が困難となる。第一の加工工程は、加工率が１０％以上３０％以下の範囲内であれば、複数回に分けて加工を行ってもよい。

【0102】

第二の加工工程は、圧延加工である。圧延加工であると結晶方位を制御しやすい。圧延加工は、複数のローラーで挟みながら断面積を小さくする方法である。圧延加工のみで加工すると結晶方位を制御することができる。

【0103】

鍛造加工はハンマーで叩くため結晶方位に部分的なばらつきが生じやすい。押出加工は、ダイスを通すときの応力が強いため、中央部と表面部での結晶方位に違いが生じやすい。圧延加工であると、ローラーからの応力を調整できるため、結晶方位を制御しやすい。

【0104】

第二の加工工程において圧延加工の加工率は３０％以上７０％以下である。第一の加工工程後の断面積を断面積Ｃとして加工率を制御する。加工率が３０％以上７０％以下の範囲内であれば、１回の加工でもよいし、２回以上に分けてもよい。加工率が３０％未満または７０％を超えると、目的とする結晶方位が得られない。

【0105】

第一の加工工程および第二の加工工程は、冷間加工であることが好ましい。冷間加工は、再結晶温度以下の温度で対象物を加工する方法である。再結晶温度以上の加熱状態で加工することを熱間加工という。熱間加工であると円柱状焼結体が再結晶化する。冷間加工であると再結晶化しない。再結晶化しない組織で結晶方位を制御することが重要である。

【0106】

上記のような工程で得られたタングステン部２は、７００ＭＰａ以上の３点曲げ強度と、９９．５％以上の相対密度と、を有し、緻密である。

【0107】

上記以外の製造方法としては、３Ｄプリンタを用いた成形技術（３Ｄプリンティング）が挙げられる。３Ｄプリンティングは、金属粉末にレーザを照射しながら造形できる。エミッタ材料粉末を供給するタイミングを制御することにより、エミッタ材の分散状態を容易に制御できる。

【0108】

また、高融点金属部３を形成する工程を行う。高融点金属部３を形成する工程は、タングステン部２の成形体の周囲に高融点金属部３に適用可能な金属の粉末を供給して成形する方法が挙げられる。タングステン部２と高融点金属部３が一体化した成形体を作製した後、焼結工程を行う。

【0109】

上記方法であれば、例えば図１および図２に示す周囲一体型構造、図４および図５に示す先端はめ込み型構造、図６および図７に示す先端積層型構造等の構造を形成できる。一体化した成形体を焼結するため、接合工程が不要である。焼結工程や加工工程を同一条件で処理できるため、平均粒径を制御しやすい。

【0110】

タングステン部２と高融点金属部３を別々に形成した後、その後両方を一体化させてもよい。例えば、図４または図５に示す先端はめ込み型構造の形成方法は、例えば高融点金属部３の穴にタングステン部２を挿入する方法を含む。また、図６または図７に示す先端積層型構造の形成方法は、例えばタングステン部２と高融点金属部３とを接合する方法を含む。

【0111】

３Ｄプリンティングを用いてタングステン部２に高融点金属部３を形成してもよい。３Ｄプリンティングであれば、例えば図１ないし図７に示すいずれの構造であっても作製できる。３Ｄプリンティングにより、密度も容易に制御できる。

【0112】

タングステン部２の焼結体を形成した後、高融点金属部３となる粉末を成型して焼結してもよい。金型内にタングステン部２の焼結体を配置し、高融点金属粉末を充填し、焼結する方法である。この方法としては、例えば放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）法が挙げられる。ＳＰＳは、機械的な加圧とパルス通電加熱とを組み合わせを有する焼結法である。ＳＰＳ法は、被加工物の焼結や接合を行うことができる。このため、焼結体と粉を一体化させる方法に有効である。この他にもホットプレスやＨＩＰでも形成可能である。

【0113】

必要に応じ、高融点金属部３の表面に粗化部５を形成する工程を行ってもよい。粗化部５の形成方法は、例えばレーザ加工、切削加工等の方法を含む。

【実施例1】

【0114】

（実施例１～６、比較例１）
まず、タングステン部２を準備した。平均粒径３μｍのタングステン粉末と平均粒径２μｍのエミッタ材とを混合した。混合は、混合容器を円筒形状とし、円周方向に回転させながら行った。その後、予備焼結、通電焼結を行った。この工程により、円柱状の焼結体（インゴット）を作製した。各条件を表１に示す。

【0115】

【表1】

【0116】

次に、円柱状焼結体（インゴット）を表２に示す加工条件で加工した。いずれも冷間加工で行った。以上の工程により、タングステン部２を準備した。

【0117】

【表2】

【0118】

次に、高融点金属部３を準備した。平均粒径３μｍのタングステン粉末を焼結して高融点金属部３を作製した。実施例１～４の高融点金属部３の３点曲げ強度は、７００ＭＰａ以上である。実施例５、６の高融点金属部３の３点曲げ強度は、２５０ＭＰａである。また、高融点金属部３の密度は、タングステン部２の密度よりも低い。

【0119】

実施例２、３、５、６では高融点金属部３の側面に粗化部５を設けた。深さ０．３ｍｍ×幅１ｍｍの溝をピッチ３ｍｍで側面に円周に沿って複数形成した。

【0120】

タングステン部２と高融点金属部３とを組み合わせて表３に示す形状を有する放電ランプ用カソード部品を作製した。なお、各カソード部品の先端部を尖らせて先細り形状を形成した。先端はめ込み型構造において、線径Ｗ１は６ｍｍであり、線径Ｗ２は３ｍｍである。先端積層型構造においては、線径Ｗ１および線径Ｗ２のそれぞれは６ｍｍである。比較例１ではタングステン部２のみでカソード部品１を作製した。

【0121】

【表3】

【0122】

実施例および比較例に係るカソード部品に対し、タングステン部２のタングステン相の結晶方位、タングステン部２のタングステン結晶の平均粒径Ｄ_５０、高融点金属部３のタングステン結晶の平均粒径Ｄ_５０を評価した。

【0123】

結晶方位は、カソード部品のタングステン部２の中心４を通る胴体部の長さ方向の断面の中心４から１ｍｍ以内の位置でＥＢＳＤ分析を行うことにより測定した。試料は研磨加工を施し表面粗さＲａを０．８μｍ以下に調整した。

【0124】

ＥＢＳＤ分析では、日本電子株式会社製の熱電界放射型走査電子顕微鏡（ＴＦＥ－ＳＥＭ）ＪＳＭ－６５００Ｆと株式会社ＴＳＬソリューション製のＤｉｇｉＶｉｅｗＩＶスロースキャンＣＣＤカメラ、ＯＩＭ Ｄａｔａ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｖｅｒ．７．３ｘ、ＯＩＭ Ａｎａｌｙｓｉｓｖｅｒ．８．０を使用した。ＥＢＳＤの測定条件は、電子線の加速電圧２０ｋＶ、照射電流１２ｎＡ、試料の傾斜角を７０度とした。測定領域は９０μｍ×９０μｍ、測定間隔は０．３μｍ／ｓｔｅｐである。タングステン部２の中心４を通る断面を測定面とし、断面へ電子線を照射し回折パターンを得た。

【0125】

ＥＢＳＤ分析により、断面方向に優先配向している結晶方位が＜１０１＞方位であるかを調べた。断面方向のＩＰＦマップにより、＜１０１＞方位に対する方位差が±１５度以内の結晶方位を有するタングステン相の面積比、±１０度以内の結晶方位を有するタングステン相の面積比を求めた。ＩＰＦマップを用いて断面方向に垂直な方向（線径方向）の結晶方位＜１１１＞方位に対する方位差が±１５度以内の結晶方位を有するタングステン相の面積比を求めた。

【0126】

タングステン部２のタングステン結晶の平均粒径Ｄ_５０および高融点金属部３のタングステン結晶の平均粒径Ｄ_５０を求めた。それぞれ線径方向の断面を測定エリアとし、ＳＥＭ写真を測定した。タングステン部２は倍率５０００倍、高融点金属部３は倍率１０００倍で測定した。タングステン部２は単位面積５０μｍ×５０μｍ、高融点金属部３は単位面積２５０μｍ×２５０μｍに写る任意の１０個の結晶の長径を求め、この平均値を平均粒径Ｄ_５０とした。これらの結果を表４、表５に示す。

【0127】

【表4】

【0128】

【表5】

【0129】

実施例に係る放電ランプ用カソード部品は、断面方向において優先方位は＜１０１＞方位であった。これに対し、比較例１は断面方向の優先方位は＜１０１＞方位ではなかった。また、高融点金属部３のタングステン結晶の平均粒径Ｄ_５０は、タングステン部２のタングステン結晶の平均粒径Ｄ_５０よりも大きかった。

【0130】

次に、放電ランプ用カソード部品の耐久性を調べた。まず、放電ランプ用カソード部品を用いて放電ランプを作製した。耐久性試験として放電ランプのフリッカー寿命を測定した。耐久性試験は、点灯試験により実施した。点灯時のランプ電圧を４０Ｖ、非点灯時のランプ電圧を２０Ｖとした。点灯状態を３時間、非点灯状態を２時間とし、これを交互に繰り返した。点灯状態または非点灯状態のランプ電圧のずれが１Ｖ以上となったときをフリッカーが発生したと定義した。フリッカー現象が発生するまでの点灯時間の合計をフリッカー寿命とした。

【0131】

同条件で８００時間経過後にタングステン部２のタングステン結晶の平均粒径Ｄ_５０を測定した。平均粒径Ｄ_５０は、上記と同様に線径方向の断面のＳＥＭ写真から測定した。この結果を表６に示す。

【0132】

【表6】

【0133】

表から分かる通り、実施例に係る放電ランプのフリッカー寿命は８００時間以上であり寿命が延びた。タングステン部２と高融点金属部３の粒径サイズを制御することにより、十分な放電特性を得られることが分かった。

【0134】

粗化部５を有する実施例２、３、５、６のカソード部品１は８００時間経過後のタングステン部２のタングステン結晶の平均粒径Ｄ_５０が比較的小さかった。このことから粗化部５を設けることにより、放熱性が向上していることが分かる。また、高融点金属部３の３点曲げ強度が３００ＭＰａと低い実施例５は粗化加工を行い易かった。これに対し、比較例１は寿命が低下した。これは、タングステン部２のタングステン相の結晶方位が制御されていないためである。

【0135】

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】