放电灯用阴极部件及放电灯的制作方法

实施方式涉及放电灯用阴极部件及放电灯。

背景技术：

放电灯大致分为低压放电灯和高压放电灯两类。作为低压放电灯，可列举普通照明、道路及隧道等中使用的特殊照明、涂料固化装置、紫外线(uv)固化装置、杀菌装置、半导体等的光清洗装置等各式各样的电弧放电型的放电灯。作为高压放电灯，可列举上下水的处理装置、普通照明、比赛场等的户外照明、uv固化装置、半导体及印制电路布线基板等的曝光装置、晶片检査装置、投影仪等的高压水银灯、金属卤化物灯、超高压水银灯、氙灯、钠灯等。如此放电灯被用于照明装置、影像投影装置、制造装置等各式各样的装置。

例如，已知有使用了放电灯的投射型显示装置。近年来，在普及家庭影院及数字影院。这些都使用被称为投影仪的投射型显示装置。以往的投射型显示装置因放电灯的电极的消耗，而影响灯寿命及射出的光的闪变。为了应对这样的问题，已知作为放电灯的驱动方式，采用脉冲宽度调制(pwm)驱动。如此，能够通过控制电路管理放电灯的电极消耗。

如果消耗放电灯的电极，则灯电压下降。由此，从放电灯射出的光产生偏差。这样的现象被称为闪烁(flicker)现象。闪烁现象影响影像的闪变等。因此，一直在谋求具有高的耐久性的放电灯用电极。

已知有对放电灯用阴极部件的长度方向(侧面方向)的截面和线径方向(圆周方向)的截面的钨结晶的粒径进行控制的技术。采用上述技术制造的阴极部件通过作为耐久性试验，在对阴极部件通电加热的状态下施加电压，测定10小时后的发射电流密度(ma/mm²)和100小时后的发射电流密度(ma/mm²)，已知具有优异的特性。

放电灯在用于照明装置、影像投影装置、制造装置等多种多样的装置。如果放电灯的电极消耗则灯性能下降。如果灯性能下降则需要更换放电灯。因此，希望电极进一步长寿命化。以往的放电灯用阴极部件在100小时左右显示出优异的耐久性，但在超过此时间的长时间时耐久性下降。

放电灯用阴极部件含有发射体材料。发射体材料多少有助于发射特性。在放电灯用阴极部件全体含有发射体材料时，放电灯用阴极部件还含有不有助于发射特性的发射体材料。这成为成本上升的主要原因。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-3486号公报

专利文献2：日本专利第5800922号公报

技术实现要素：

实施方式涉及的线径为2mm以上且35mm以下的放电灯用阴极部件具备：第1部分，其含有钨和发射体(emitter)材料，发射体材料的浓度为0.1质量％以上且5质量％以下；和第2部分，其含有与发射体材料不同的金属，发射体材料的浓度低于0.1质量％。在对通过第1部分的中心同时沿着第1部分的长度方向的截面上的、位于距中心1mm以内并且具有90μm×90μm的单位面积的区域进行电子背散射衍射分析时，在长度方向的反极图中，具有相对于<101>取向的取向差为－15度以上且15度以下的晶体取向的钨相的面积比最高。

附图说明

图1是表示放电灯用阴极部件的例子的结构的长度方向的截面示意图。

图2是表示放电灯用阴极部件的其它例子的结构的长度方向的截面示意图。

图3是表示放电灯用阴极部件的例子的结构的线径方向的截面示意图。

图4是表示放电灯用阴极部件的另一其它例子的结构的长度方向的截面示意图。

图5是表示放电灯用阴极部件的又一其它例子的结构的长度方向的截面示意图。

图6是表示放电灯用阴极部件的再一其它例子的结构的长度方向的截面示意图。

图7是表示放电灯用阴极部件的又一其它例子的结构的长度方向的截面示意图。

图8是表示钨部的中心的长度方向的截面示意图。

图9是表示安装在电极支撑棒上的放电灯用阴极部件的例子的结构的长度方向的截面示意图。

图10是表示安装在电极支撑棒上的放电灯用阴极部件的其它例子的结构的长度方向的截面示意图。

图11是表示放电灯的结构例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。附图中记载的各构成要素的厚度和平面尺寸的关系、各构成要素的厚度的比率等有时与实物不同。实施方式中，对于实质上相同的构成要素标注相同的符号，并适宜地将说明省略。

图1是表示放电灯用阴极部件的例子的结构的长度方向的截面示意图。

图2是表示放电灯用阴极部件的其它例子的结构的长度方向的截面示意图。

图3是表示放电灯用阴极部件1的例子的结构的线径方向的截面示意图。

图4～图7分别为表示放电灯用阴极部件的又一其它例子的结构的长度方向的截面示意图。阴极部件1的形状并不限定于图1～图7所示的形状。

阴极部件1具备钨部(第1部分)2和高熔点金属部(第2部分)3。钨部2含有钨(w)和发射体材料。高熔点金属部3不含发射体材料或具有浓度低于钨部2的发射体材料的浓度的发射体材料。换句话讲，高熔点金属部3也可以是含有发射体材料以外的材料的合金。此外，所谓发射体材料，是功函数为4.0ev以下的材料。

图1所示的阴极部件1的顶端部的表面具有圆形状。阴极部件1如图3所示的那样，钨部2的周围具有高熔点金属部3。换句话讲，在阴极部件1的线径方向的截面，钨部2被高熔点金属部3围住。这样的结构也称为周围一体型结构。图1示出阴极部件1的长度t1、阴极部件1的线径w1和钨部2的线径w2。

图2所示的阴极部件1的顶端部具有通过使图1所示的阴极部件1的顶端部削尖而形成的尖端越来越细的形状。图2示出通过使钨部2和高熔点金属部3一体地削尖而形成的尖端越来越细的形状。

图4所示的阴极部件1具有含有在高熔点金属部3的中心设的钨部2的形状。图4示出长度t1和钨部2的长度t2。

图5所示的阴极部件1具有下述形状：在钨部2的周围具有高熔点金属部3，钨部2的一部分从高熔点金属部3突出，高熔点金属部3具有尖的顶端部，钨部2的长度比高熔点金属部3短。图5示出长度t2和钨部2的从高熔点金属部3突出的突出部的长度t3。这样的结构也称为顶端嵌入型结构。

图6所示的阴极部件1具有具备在高熔点金属部3的一面(例如顶端的表面)上层叠的钨部2的形状。

图7所示的阴极部件1具有通过使图6所示的高熔点金属部3的顶端削尖而形成的尖端越来越细的形状。这些结构也称为顶端层叠型结构。图7示出长度t1和长度t3。

放电灯用阴极部件对照放电灯的性能需要规定的阴极部件的尺寸。如果将放电灯点灯则阴极部件发热，发生发射。如果阴极部件的尺寸小，则阴极部件的温度过于达到高温，使寿命下降。如果阴极部件的尺寸大，则阴极部件的温度不上升，使发射特性下降。因此，需要对照放电灯的性能确定阴极部件1的尺寸，但其另一方面，阴极部件中含有的一部分发射体材料有时不有助于发射特性。抑制发射体材料的使用量对于降低成本也是有效果的。因此，阴极部件1通过调整钨部2和高熔点金属部3的比例，可在不降低发射特性的情况下实现成本降低。

线径w1为2mm以上且35mm以下。在周围一体型结构时，线径w2相对于线径w1的比w2/w1优选在0.2以上且0.8以下的范围内。如果比w2/w1低于0.2，则因含有发射体材料的区域不足而使发射特性不足。如果比w2/w1超过0.8，则设置高熔点金属部3的效果不足。因此，比w2/w1为0.2以上且0.8以下，优选为0.3以上且0.7以下。比w2/w1的优选范围在顶端嵌入型结构中也同样。

在顶端层叠型结构时，比w2/w1优选为0.8以上且1.2以下。如果比w2/w1低于0.8或超过1.2，则钨部2和高熔点金属部3不接触的区域的面积增大。因而，不接触的部分有被卡住破损的可能性。因此，顶端层叠型结构的比w2/w1优选为0.8以上且1.2以下，更优选为0.9以上且1.1以下。最优选比w2/w1为1。

在将阴极部件1作为放电灯用阴极部件使用时，优选钨部2的顶端部具有尖的形状。具有尖的形状的顶端部的长度方向的截面优选具有带40度以上且120度以下的倾斜角的锥形。

在周围一体型结构时，长度t1和长度t2实质上相同。如图2所示的那样，在使顶端部削尖时，按削尖的程度，使钨部2的长度t2延长。根据需要，也可以按削尖的程度使钨部2比高熔点金属部3进一步突出。

在顶端嵌入型结构时，长度t2相对于长度t1的比t2/t1优选为0.3以上且0.7以下。如果比t2/t1低于0.3则发射体材料的量变少，因此寿命下降。如果比t2/t1超过0.7，则设置钨部2的孔加深。如果孔加深，则容易在钨部2与高熔点金属部3之间形成间隙。如果形成间隙，则在阴极部件1内热导率变差，成为破损的原因。

在顶端嵌入型结构时，长度t3相对于长度t2的比t3/t2优选为0.1以上且0.6以下。如果比t3/t2低于0.1则因钨部2的突出部的长度不足而有发射特性下降的可能性。如果比t3/t2超过0.6，则上述突出部的长度变得过长，折弯的可能性增大。

在顶端层叠型结构时，长度t3相对于长度t1的比t3/t1优选为0.3以上且0.7以下。如果比t3/t1低于0.3，则发射体材料的量不足。如果比t3/t1超过0.7，则安装后述的电极支撑棒的空间减小。

周围一体型结构如前所述，具有设在钨部2周围的高熔点金属部3。如果是周围一体型结构，则能够实现用于形成阴极部件1的长工件。通过切断长工件，可得到所需尺寸的阴极部件。这适合制作各式各样的尺寸的阴极部件。通过使钨部2和高熔点金属部3一体化，能够防止钨部2脱落。

顶端嵌入型结构如前所述，具有嵌入高熔点金属部3中的钨部2。通过上述结构，能够防止钨部2脱落。此外，由于以突起状设置钨部2，所以能够只将钨部2的顶端部加工成锥形状。关于顶端层叠型结构，也与顶端嵌入型结构同样，能够只将钨部2的顶端部加工成锥形状。此外，钨部2和高熔点金属部3的长度能够任意地组合。因此，顶端层叠型结构能够容易地调整钨部2和高熔点金属部3的长度。

如果对周围一体型结构、顶端嵌入型结构、顶端层叠型结构进行比较，则顶端嵌入型结构最容易制作。容易将钨部2的顶端部加工成锥形状的结构为顶端层叠型结构。

钨部2例如由含有发射体材料的钨合金形成，该发射体材料具有0.1质量％以上且5质量％以下的浓度。钨部2的钨的浓度例如也可以为90质量％以上。钨部2的钨的浓度的上限例如也可以为95质量％以上。发射体材料例如优选含有选自钍及铪中的至少一种元素。在采用钍时，发射体材料的含量可通过tho2换算来求出。在采用铪时，发射体材料的含量可通过hfc换算来求出。钍或铪因发射特性良好而能够按上述含量得到性能。

如果钨部2的发射体材料的浓度低于0.1质量％，则添加发射体材料带来的效果小，如果超过5质量％则使烧结性或加工性下降。因此，发射体材料的浓度优选为0.1质量％以上且5质量％以下，更优选为0.5质量％以上且3质量％以下的范围。特别是，在作为发射体材料使用钍成分时，优选在0.5～3质量％的范围内。发射体材料的功函数为4.0ev以下。

高熔点金属部3中所含的金属优选含有选自钨及钼(mo)中的至少一种金属元素。

高熔点金属部3的上述至少一种金属元素的浓度(钨及钼的合计含量)优选为97质量％以上。通过增加钨及钼的比例，可提高耐久性。高熔点金属部3的上述至少一种金属元素的浓度高于钨部2的钨的浓度。

高熔点金属部3的上述发射体材料的含量(浓度)例如低于0.1质量％。高熔点金属部3优选实质上不含上述发射体材料，但在制造工序中，因上述发射体材料向高熔点金属部3扩散而有时不可避免地含有。

高熔点金属部3的熔点例如为2300℃以上。放电灯用阴极部件在使用中到2000℃附近发热。因此，优选以高熔点材料为主成分。钨的熔点为3422℃，钼的熔点为2623℃。钨及钼因熔点高而即使在放电灯用阴极部件的使用温度下也显示耐久性。

高熔点金属部3例如也可以含有选自掺杂钨合金、钨钼合金、纯钨、纯钼中的至少一种。这些材料都具有2300℃以上的高熔点。

掺杂钨合金例如含有选自钾(k)、硅(si)及铝(al)中的至少一种掺杂材料。掺杂材料的含量例如为500质量ppm以下。掺杂材料不相当于发射体材料。

钨钼合金含有1质量％以上且50质量％以下的钼。纯钨含有99.9质量％以上的钨。纯钼含有99.9质量％以上的钼。

图8是表示钨部2的中心4的长度方向的截面示意图。图8示出图2所示的周围一体型结构的阴极部件1的例子。关于阴极部件1，在对通过钨部2的中心4同时沿着钨部2的长度方向的截面上的、位于距中心4在1mm以内并且具有90μm×90μm的单位面积的区域进行电子背散射衍射(ebsd)分析时，在长度方向的反极图(inversepolefigure：ipf)中，具有－15度以上且15度以下的晶体取向的钨相的面积比最高。

ebsd对结晶试样照射电子束。电子被衍射作为反射电子从试样放出。投影该衍射图案，可从投影的图案测定晶体取向。x射线衍射(xrd)是测定多个结晶中的晶体取向的平均值的方法。与此相对，ebsd可测定各个结晶的晶体取向。有时将与ebsd同样的分析方法称为电子背散射花样(ebsp)分析。

ebsd分析可采用日本电子株式会社制造的热电放射型扫描电子显微镜(tfe-sem)jsm-6500f和株式会社tslsolution制造的digiviewiv慢速扫描ccd照相机、oimdatacollectionver.7.3x、oimanalysisver.8.0来进行。

ebsd分析的测定条件包括电子束的加速电压20kv、照射电流12na、试样的倾斜角70度、测定区域的单位面积90μm×90μm、测定位置距中心4在1mm以内、测定间隔0.3μm/step。上述截面为测定面，通过向上述截面照射电子束而得到衍射图案。测定试样的测定面被研磨到表面粗糙度ra达到0.8μm以下。

晶体取向采用基本矢量来表示方向。方括号([])和方括号夹着的数字的组合构成的标记只表示特定的晶体取向。尖括号(<>)和尖括号夹着的数字的组合构成的标记表示特定的晶体取向和与其等价的方向。例如，所谓<101>取向，表示包含与[101]等价的方向。此外，钨相在长度方向的优先取向为<101>取向，表示<101>取向在所有的晶体取向中比例最多。

所谓ipf图，就是晶体取向图。ipf图可按面积比求出从规定的晶体取向偏移的区域的比例。ipf图可按照上述的ebsd测定方法求出。通过颜色分布图，能够容易地通过图像解析求出面积比。

在上述截面中，钨相的优先取向为<101>取向。由此，能够抑制钨结晶的异常晶粒生长。异常晶粒生长是在制造工序中或放电灯使用中钨结晶变得粗大。

发射体材料分布在钨结晶彼此的晶界上。如果钨结晶异常晶粒生长，则发射体材料的分布状态变化。由此，闪烁寿命下降。闪烁寿命是到发生闪烁现象为止的时间。

实施方式的放电灯用阴极部件可抑制钨结晶的异常晶粒生长。异常晶粒生长不仅在阴极部件的制造工序中发生，而且在放电灯的使用中也发生。在装入放电灯中之前的阴极部件即使没有通过异常晶粒生长而形成的粗大粒，在阴极部件的装入后的放电灯的使用中也形成粗大晶粒。在长度方向的上述截面中，通过控制钨相的优先取向，能够抑制异常晶粒生长。

在对截面中的位于距中心1mm以内并且具有90μm×90μm的单位面积的区域进行ebsd分析时，在钨部2的长度方向的ipf图中，具有相对于<101>取向的取向差为－15度以上且15度以下的晶体取向的钨相的面积比优选为50％以上。

只要相对于<101>取向的取向差在±15度以内，就能够得到与<101>取向同等的效果。在具有相对于<101>取向的取向差为±15度以内的晶体取向的钨相的面积比低于50％时，有提高特性的效果不充分的可能性。此外，通过在单位面积90μm×90μm的微小区域中控制上述钨相的面积比，能够提高抑制异常晶粒生长的效果。由此，能够延长闪烁寿命。如果相对于<101>取向的取向差超出±15度的范围，则具有所希望的晶体取向以外的晶体取向的钨相的比例增加。

上述面积比的上限优选为80％以下。如果超过80％，则有与截面垂直的方向(线径方向)的晶体取向难以控制的可能性。通过存在具有不同的晶体取向的钨相，能够提高抑制晶粒生长的效果。因此，具有相对于<101>取向的取向差为±15度以内的晶体取向的钨相的面积比优选为50％以上且80％以下，更优选为60％以上且80％以下。进一步优选为65％以上且75％以下。

在长度方向的ipf图中，具有相对于<101>取向的取向差为－10度以上且10度以下的晶体取向的钨相的面积比优选为50％以上。具有相对于<101>取向的取向差为±10度以内的晶体取向的钨相的面积比为50％以上，表示具有接近<101>取向的晶体取向的钨相的面积比高。上述面积比优选为65％以下。由此，能够进一步抑制异常晶粒生长。

在对通过钨部2的中心4同时位于长度方向的截面上的、位于距中心1mm以内并且具有90μm×90μm的单位面积的区域进行ebsd分析时，在与截面垂直的方向(线径方向)的ipf图中，具有相对于<111>取向的取向差为－15度以上且15度以下的晶体取向的钨相的面积比优选为15％以上且50％以下。

只要相对于<111>取向的取向差为±15度以内，就能得到与<111>取向同等的效果。即使具有相对于<111>取向的取向差为±15度以内的晶体取向，如果面积比低于15％或超过50％，也有提高特性的效果不充分的可能性。因此，面积比优选为15％以上且50％以下，更优选为18％以上且40％以下。通过在单位面积90μm×90μm的微小区域控制具有规定的晶体取向的钨相的面积比，能够提高抑制异常晶粒生长的效果。由此，能够延长闪烁寿命。如前所述，截面方向的最强的取向为<101>取向。通过在与截面方向垂直的方向按规定的比例存在<111>取向，能够进一步抑制晶粒生长。

钨部2具有含钨的结晶(钨结晶)。钨部2的钨结晶的平均粒径d50优选为10μm以下，更优选为5μm以下。钨部2也可以具有含发射体材料的结晶(发射体材料结晶)。发射体材料结晶的平均粒径d50优选为3μm以下。通过控制钨结晶及发射体材料结晶的平均粒径，能够使发射体材料均匀地分散在钨部2中。

高熔点金属部3具有含上述金属的结晶(金属结晶)。高熔点金属部3的金属结晶的平均粒径d50优选为50μm以下。高熔点金属部3不含发射体材料或发射体材料浓度非常低，因而金属结晶的平均粒径d50也可以大于钨结晶的平均粒径d50。

高熔点金属部3的金属结晶的平均粒径d50(平均粒径b(μm))相对于钨部2的钨结晶的平均粒径d50(平均粒径a(nm))的比b/a优选满足式：0.2≤b/a≤10。如果钨结晶与金属结晶之间的平均粒径有较大的差，则在钨部2与高熔点金属部3之间产生热膨胀差，有耐久性下降的可能性。

比b/a更优选满足式：1＜b/a≤10。这表示高熔点金属部3的金属结晶的平均粒径d50大于钨部2的钨结晶的平均粒径d50。顶端嵌入型结构或周围一体型结构以被覆钨部2的方式设有高熔点金属部3。通过使高熔点金属部3的金属结晶的平均粒径d50大于钨部2的钨结晶的平均粒径d50，能够提高散热性。在顶端层叠型结构中，高熔点金属部3位于靠近电极支撑棒6的位置。通过使高熔点金属部3的金属结晶的平均粒径d50增大，能够提高导电性。如果平均粒径d50增大则晶界的数量减少。晶界与结晶相比为热及电的阻体。通过使高熔点金属部3的金属结晶的平均粒径d50增大，能够提高散热性及导电性。因此，高熔点金属部3的金属结晶的平均粒径d50优选大于钨部2的钨结晶的平均粒径d50(a＜b)。

钨部2的钨结晶的平均粒径d50及高熔点金属部3的金属结晶的平均粒径d50可采用通过扫描型电子显微镜(sem)观察的区域的sem照片(倍率1000倍以上)进行测定。将测定区域设定为线径方向的截面。在周围一体型结构及顶端嵌入型结构时，将含有钨部2和高熔点金属部3的一个截面作为测定区域。顶端层叠型结构将钨部2和高熔点金属部3的各自线径方向的截面作为测定区域。钨部2在倍率5000倍以上的单位面积50μm×50μm的区域进行测定。高熔点金属部3在倍率1000倍以上的单位面积250μm×250μ的区域进行测定。将测定区域中观察的结晶的最长的对角线作为粒径。测定能够确认映照在sem照片上的轮廓的任意10个以上的晶粒的粒径，将其平均值作为平均粒径d50。在sem照片的端部被放弃的结晶(轮廓全部没有映照的结晶)不作为结晶计算。

优选高熔点金属部3的密度低于钨部2的密度。通过使密度降低，还可提高散热性。如后所述，放电灯内为真空。要提高散热性，利用辐射热是有效的。通过形成包含许多空隙的低密度结构，能够增加辐射热。此外，通过使密度降低，容易对高熔点金属部3实施后述的粗化加工。

钨部2的密度优选为18.6g/cm³以上，更优选为19.0g/cm³以上。关于高熔点金属部3的密度，如果含有钼，密度例如就优选为9.0g/cm³以上且10.0g/cm³以下，如果含有钨，密度例如就优选为16.0g/cm³以上且19.0g/cm³以下。阴极部件1的密度优选为17.5g/cm³以上。密度例如可采用阿基米德法进行测定。

图9是表示安装在电极支撑棒上的放电灯用阴极部件的例子的结构的长度方向的截面示意图。图10是表示安装在电极支撑棒上的放电灯用阴极部件的其它例子的结构的长度方向的截面示意图。

图9及图10示出放电灯用阴极部件1、钨部2、高熔点金属部3、粗化部5和电极支撑棒6。图9例示出具有图3所示的顶端层叠型结构的阴极部件1。图10例示出具有图2所示的周围一体型结构的阴极部件1。并不局限于此，也可用于其它结构。

粗化部5可设在高熔点金属部3的表面的一部分或全部上。通过形成粗化部5，可使高熔点金属部3的表面积增加。由此，能够增大利用辐射热的效果。粗化部5具有凹形状、凸形状、沟形状等形状。凹形状或沟形状优选具有深度1mm以下的凹部或沟。凸形状优选具有高1mm以下的凸部。如果超过1mm，则其它构件与粗化部5接触时被切削，容易产生粉(杂质)。凹部或沟的深度的下限优选为10μm以上。

电极支撑棒6安装在钨部2或高熔点金属部3上。通过一体地设置钨部2或高熔点金属部3和电极支撑棒6，能够容易地组装放电灯。

图9所示的电极支撑棒6设在高熔点金属部3的背面侧的中心部。图10所示的电极支撑棒6相接地设置在钨部2上。

电极支撑棒6压入或接合在钨部2或高熔点金属部3中。所谓压入，是不采用接合材料，通过插入电极支撑棒6而固定的方法。所谓接合，是在电极支撑棒6与钨部2或高熔点金属部3之间夹着接合材料进行固定的方法。电极支撑棒6也可以与钨部2或高熔点金属部3一体成形。电极支撑棒6优选由以钨或钼为主成分的高熔点金属形成。

实施方式的阴极部件可用于放电灯。图11是表示放电灯的结构例子的图。图11所示的放电灯10具备阴极部件1、电极支撑棒6、阳极部件7和玻璃管8。

阴极部件1连接在一个电极支撑棒6上。阳极部件7连接在另一个电极支撑棒6上。连接通过钎焊等进行。阴极部件1和阳极部件7在玻璃管8中相对地配置，与电极支撑棒6的一部分一同被密封。玻璃管8内部保持真空。

阴极部件1可应用于低压放电灯、高压放电灯中的任一种放电灯。作为低压放电灯，可列举用于普通照明、道路及隧道等中使用的特殊照明、涂料固化装置、uv固化装置、杀菌装置、半导体等的光清洗装置等中的各式各样的电弧放电型的放电灯。作为高压放电灯，可列举上下水的处理装置、普通照明、比赛场等的户外照明、uv固化装置、半导体及印制电路布线基板等的曝光装置、晶片检査装置、投影仪等的高压水银灯、金属卤化物灯、超高压水银灯、氙灯、钠灯等。如此放电灯被用于照明装置、影像投影装置、制造装置等各式各样的装置。实施方式的阴极部件因耐久性优异而适合高压放电灯。

放电灯的功率例如为100w～10kw。将低于1000w的功率的放电灯规定为低压放电灯，将1000w以上的功率的放电灯规定为高压放电灯。

放电灯具有分别根据用途设定的保证寿命。保证寿命之一具有闪烁寿命。所谓闪烁现象，如前所述是放电灯的功率波动，尽管施加使放电灯的功率达到100％的电压，但功率下降。

数字影院用放电灯采用功率在1kw以上且7kw以下的范围的放电灯来构成。与屏幕尺寸对照地选择放电灯的功率。在屏幕尺寸为6m时功率为1.2kw。在屏幕尺寸为15m时功率为4kw。在屏幕尺寸为30m时功率为7kw。功率1.2kw的放电灯的额定寿命设定在3000小时左右。功率4kw的放电灯的额定寿命设定在1000小时左右。功率7kw的放电灯的额定寿命设定在300小时左右。数字影院用放电灯的寿命随着功率增大而缩短。如此，放电灯的寿命根据用途及使用条件是多种多样的。

在以往的放电灯用阴极部件中，经过寿命一半左右的期间时产生闪烁现象。数字影院用放电灯中产生闪烁现象时，产生画面的闪变，不能看到美丽的图像，因此需要在额定寿命之前更换上述部件。实施方式的阴极部件在放电灯的使用中能够抑制钨结晶的晶粒异常生长。因此能够抑制发生闪烁现象。

数字影院等的投影式显示装置如果产生闪变则画质下降。因此，严格要求抑制闪烁现象。因此，实施方式的阴极部件适合数字影院用放电灯。这里例示数字影院用放电灯，但对于其它用途也同样。

接着，对实施方式的阴极部件的制造方法例进行说明。实施方式的阴极部件的制造方法只要具有上述构成就不特别限定，但作为可高成品率地制造阴极部件的方法可列举以下方法。

首先，对钨部2的制造方法进行说明。这里对使用钍作为发射体材料的制造方法进行说明。

调制含有钍的钨合金粉末。作为钨合金粉末的调制法，例如可列举湿法和干法。

在湿法中，首先，实施调制钨材料粉末的工序。作为钨材料粉末，可列举钨酸铵(apt)粉末、金属钨粉末、氧化钨粉末。钨材料粉末可以使用其中一种，也可以使用其中两种以上。由于钨酸铵粉末相对比较廉价，所以是优选的。钨材料粉末的平均粒径优选为5μm以下。

在使用钨酸铵粉末时，通过在大气中或不活泼气氛(氮、氩等)中将钨酸铵粉末加热至400℃以上且600℃以下的温度，使钨酸铵粉末变成氧化钨粉末。在低于400℃的温度时，不能充分变成氧化钨粉末，在超过600℃的温度时，氧化钨粉末的粒子变得粗大，后续工序中的与氧化钍粉末的均匀分散变得困难。通过该工序制备氧化钨粉末。

接着，实施将钍材料粉末和氧化钨粉末添加到溶液中的工序。作为钍材料粉末，可列举金属钍粉末、氧化钍粉末、硝酸钍粉末。其中，优选硝酸钍粉末。硝酸钍粉末在液体中容易均匀地混合。通过该工序，调制含有钍材料粉末和氧化钨粉末的溶液。优选按照最终与目标氧化钍浓度相同或为稍高的浓度的方式添加。钍材料粉末优选平均粒径为5μm以下。溶液优选为纯水。

接着，实施使含有钍材料粉末和氧化钨粉末的溶液的液体成分蒸发的工序。接着，在大气气氛中在400℃以上且900℃以下的温度下进行加热，使硝酸钍等钍材料粉末变成氧化钍粉末的分解工序。通过该工序，能够制备含有氧化钍粉末和氧化钨粉末的混合粉末。测定含有得到的氧化钍粉末和氧化钨粉末的混合粉末的氧化钍浓度，在浓度低时，优选追加氧化钨粉末。

接着，实施在氢等还原气氛中，在750℃以上且950℃以下的温度下对含有氧化钍粉末和氧化钨粉末的混合粉末进行加热，使氧化钨粉末还原成金属钨粉末的工序。通过该工序，能够制备含有氧化钍粉末的钨粉末。

混合金属钨粉末和钍材料粉末的方法也是有效的。金属钨粉末优选通过从钨酸铵粉末制备氧化钨粉末，还原得到的氧化钨来形成。在从钨酸铵粉末变成氧化钨粉末时，优选得到的氧化钨具有氧缺损。关于氧化钨的组成，wo3是稳定的。如果有氧缺损则成为wo3-x，x＞0。如果有氧缺损则晶体结构中形成变形。在该状态下通过还原得到的金属钨粉末抑制晶粒异常生长的效果高。x的值优选在0.05≤x≤0.30的范围内。

从钨酸铵粉末形成氧化钨粉末的工序优选为在不活泼气氛中进行加热的工序。所谓不活泼气氛为氮气氛及氩气氛。为控制x的值，可列举减少不活泼气氛中的氧量(例如1体积％以下)及混合氢等。热处理温度优选在400℃以上且600℃以下的范围内。在低于400℃时反应速度慢，批量生产性下降。如果超过600℃则有晶粒过于生长的可能性。

将wo3-x粉末还原的工序优选在含氢的气氛下进行。热处理温度优选在600℃以上且800℃以下的范围内。在热处理温度低于600℃时还原速度慢，批量生产性下降。如果超过800℃则有晶粒过于生长的可能性。

接着，实施使含有钍材料粉末和金属钨粉末的溶液的液体成分蒸发的工序。接着，实施在大气气氛中在400℃以上且900℃以下的温度下对试样进行加热，使硝酸钍等钍材料粉末变成氧化钍粉末的分解工序。通过该工序，能够制备含有氧化钍粉末的钨粉末。

关于干法，首先准备氧化钍粉末。接着，实施通过球磨机粉碎混合氧化钍粉末的工序。通过该工序，能够拆散凝聚的氧化钍粉末，能够减少凝聚的氧化钍粉末。在混合工序时，也可以添加少量的金属钨粉末。

优选根据需要将粉碎混合了的氧化钍粉末过筛，除去未被粉碎尽的凝聚粉或粗大粒。优选通过筛选将超过最大径10μm的凝聚粉或粗大粒除去。

接着，实施混合金属钨粉末的工序。以最终达到目标氧化钍浓度的方式添加金属钨粉末。将氧化钍粉末和金属钨粉末的混合粉末装入混合容器中，使混合容器旋转，均匀地进行混合。此时，通过使圆筒形状的混合容器朝圆周方向旋转，能够流畅地进行混合。通过该工序，能够制备含有氧化钍粉末的钨粉末。

通过以上那样的湿法或干法，能够制备含有氧化钍粉末的钨粉末。在湿法和干法中，优选湿法。干法由于一边使混合容器旋转一边混合，所以原料粉末和容器接触，容易混入杂质。氧化钍粉末的含量为0.5质量％以上且3质量％以下。

接着，使用得到的含有发射体材料的钨粉末来调制成形体。在形成成形体时，也可以根据需要使用粘合剂。成形体优选为直径7mm以上且50mm以下的圆柱形状。成形体的长度是任意的。

接着，实施预烧结成形体的工序。预烧结优选在1220℃以上且1500℃以下的温度下进行，更优选在1250℃以上且1500℃以下的温度下进行。通过该工序，能够得到预烧结体。

接着，实施对预烧结体进行通电烧结的工序。通电烧结优选以烧结体达到2100℃以上且2500℃以下的温度的方式进行通电。如果温度低于2100℃则不能充分致密化，有时强度下降。如果超过2500℃，则氧化钍粒子及钨粒子过于晶粒生长，有时得不到作为目标的晶体组织。通过该工序，能够得到含氧化钍的钨合金烧结体。如果预烧结体具有圆柱形状，则烧结体也具有圆柱形状。

接着，对圆柱状烧结体(锭)实施通过锻造加工、轧制加工、挤压加工等来调整线径的第一加工工序。第一加工工序的加工率优选在10％以上且30％以下的范围内。

接着第一加工工序进行第二加工工序。第二加工工序优选是加工率为30％以上且70％以下，更优选是加工率为40％以上且70％以下的轧制加工。

关于加工率，在将加工前的圆柱状烧结体的截面积设为c、将加工后的圆柱状烧结体的截面积设为d时，可通过加工率＝[(c－d)/c]×100％来求出。例如，对将直径25mm的圆柱状烧结体加工成直径20mm的圆柱状烧结体时的加工率进行说明。由于直径25mm的圆的截面积c为460.6mm²，直径20mm的圆的截面积d为314mm²，所以加工率为32％＝[(460.6－314)/460.6]×100％。

第一加工工序的加工率为10％以上且30％以下，可将第一加工工序之前的圆柱状烧结体(锭)的截面积作为截面积c来求出。第二加工工序的加工率为30％以上且70％以下，可将第一加工工序之后的圆柱状烧结体的截面积作为截面积c来求出。

所谓锻造加工，是通过用锤敲打烧结体来施加压力的加工。所谓轧制加工，是一边用两个以上的辊夹住烧结体一边进行加工的方法。挤出加工是通过强压从模孔挤出的方法。

第一加工工序优选为锻造加工、轧制加工、挤出加工中的1种或2种以上。这些加工方法能够减小线径w。因而，能够降低圆柱状烧结体中的孔。第一加工工序优选为锻造加工或挤出加工。锻造加工或挤出加工因容易对圆柱状烧结体的圆周全部进行加工，所以孔的减少效果高。

第一加工工序的加工率优选为10％以上且30％以下。如果加工率低于10％则减少孔的效果小。如果加工率超过30％则晶体取向的控制变得困难。第一加工工序只要加工率在10％以上且30％以下的范围内，也可以分多次进行加工。

第二加工工序是轧制加工。如果是轧制加工则容易控制晶体取向。轧制加工是用一边多个辊夹着一边减小截面积的方法。只通过轧制加工进行加工就能够控制晶体取向。

锻造加工用锤敲打，因而晶体取向容易产生局部的偏差。挤出加工因通过挤压模时的应力强，而使中央部和表面部中的晶体取向容易产生差异。如果是轧制加工，则因能够调整来自辊的应力而容易控制晶体取向。

在第二加工工序中，轧制加工的加工率为30％以上且70％以下。将第一加工工序后的截面积作为截面积c来控制加工率。只要加工率为30％以上且70％以下的范围内，可以是1次加工，也可以分两次以上进行加工。如果加工率低于30％或超过70％，则得不到作为目标的晶体取向。

第一加工工序及第二加工工序优选为冷加工。冷加工是在再结晶温度以下的温度下对对象物进行加工的方法。将以再结晶温度以上的加热状态进行的加工称为热加工。如果是热加工则圆柱状烧结体再结晶化。如果是冷加工则不会再结晶化。重要的是通过未再结晶化的组织来控制晶体取向。

通过上述那样的工序而得到的钨部2具有700mpa以上的3点弯曲强度和99.5％以上的相对密度，是致密的。

作为上述以外的制造方法，可列举采用3d打印机的成形技术(3d打印)。3d打印能够一边对金属粉末照射激光一边造形。通过控制供给发射体材料粉末的时机，能够容易地控制发射体材料的分散状态。

此外，进行形成高熔点金属部3的工序。作为形成高熔点金属部3的工序，可列举通过向钨部2的成形体的周围供给可用于高熔点金属部3的金属粉末来进行成形的方法。在制作了将钨部2和高熔点金属部3一体化的成形体后，进行烧结工序。

如果是上述方法，例如能够形成图1及图2所示的周围一体型结构、图4及图5所示的顶端嵌入型结构、图6及图7所示的顶端层叠型结构等结构。由于对一体化的成形体进行烧结，所以不需要接合工序。由于能够按相同的条件处理烧结工序及加工工序，所以容易控制平均粒径。

在分别形成钨部2和高熔点金属部3后，然后也可以使双方一体化。例如，图4或图5所示的顶端嵌入型结构的形成方法例如包含在高熔点金属部3的孔内插入钨部2的方法。此外，图6或图7所示的顶端层叠型结构的形成方法例如包含接合钨部2和高熔点金属部3的方法。

采用3d打印也可以在钨部2上形成高熔点金属部3。如果是3d打印，例如无论是图1～图7所示的哪种结构都能制作。通过3d打印还能容易地控制密度。

在形成了钨部2的烧结体后，也可以对成为高熔点金属部3的粉末进行成型及烧结。是将钨部2的烧结体配置在模具内，填充高熔点金属粉末，然后进行烧结的方法。作为该方法，例如可列举放电等离子烧结(sps)法。sps是将机械加压和脉冲通电加热组合的烧结法。sps法能够进行被加工物的烧结及接合。因此，对于使烧结体和粉末一体化的方法是有效的。除此以外通过热压及hip也可形成。

也可以根据需要，进行在高熔点金属部3的表面形成粗化部5的工序。粗化部5的形成方法例如包括激光加工、切削加工等方法。

实施例1

(实施例1～6、比较例1)

首先，准备钨部2。将平均粒径3μm的钨粉末和平均粒径2μm的发射体材料混合。混合时，将混合容器设定为圆筒形状，一边在圆周方向旋转一边进行混合。然后，进行预烧结、通电烧结。通过该工序，制作圆柱状的烧结体(锭)。表1中示出各条件。

表1

接着，按表2所示的加工条件对圆柱状烧结体(锭)进行加工。都通过冷加工进行。通过以上工序准备钨部2。

表2

接着，准备高熔点金属部3。对平均粒径3μm的钨粉末进行烧结，制作高熔点金属部3。实施例1～4的高熔点金属部3的3点弯曲强度为700mpa以上。实施例5、6的高熔点金属部3的3点弯曲强度为250mpa。此外，高熔点金属部3的密度低于钨部2的密度。

在实施例2、3、5、6中，在高熔点金属部3的侧面设有粗化部5。按间距3mm在侧面沿着圆周形成多个深0.3mm×宽1mm的槽。

通过组合钨部2和高熔点金属部3，制作具有表3所示的形状的放电灯用阴极部件。再者，通过将各阴极部件的顶端部削尖而形成尖端越来越细的形状。在顶端嵌入型结构中，线径w1为6mm，线径w2为3mm。在顶端层叠型结构中，线径w1及线径w2分别为6mm。比较例1中只用钨部2制作阴极部件1。

表3

对实施例及比较例涉及的阴极部件，评价了钨部2的钨相的晶体取向、钨部2的钨结晶的平均粒径d50、高熔点金属部3的钨结晶的平均粒径d50。

晶体取向通过对通过阴极部件的钨部2的中心4的主体部的长度方向的截面上的距中心4在1mm以内的位置进行ebsd分析而测定。试样通过实施研磨加工将表面粗糙度ra调整至0.8μm以下。

在ebsd分析中，使用日本电子株式会社制造的热电放射型扫描电子显微镜(tfe-sem)jsm-6500f和株式会社tslsolution制造的digiviewiv慢速扫描ccd照相机、oimdatacollectionver.7.3x、oimanalysisver.8.0。ebsd的测定条件设定为电子束的加速电压20kv、照射电流12na、试样的倾斜角为70度。测定区域为90μm×90μm、测定间隔为0.3μm/step。将通过钨部2的中心4的截面作为测定面，对截面照射电子束，得到衍射图案。

通过ebsd分析，调查了在截面方向优先取向的晶体取向是否是<101>取向。通过截面方向的ipf图，求出具有相对于<101>取向的取向差为±15度以内的晶体取向的钨相的面积比、具有±10度以内的晶体取向的钨相的面积比。采用ipf图，求出具有相对于与截面方向垂直的方向(线径方向)的晶体取向<111>取向的取向差为±15度以内的晶体取向的钨相的面积比。

求出钨部2的钨结晶的平均粒径d50及高熔点金属部3的钨结晶的平均粒径d50。分别将线径方向的截面作为测定区域，测定sem照片。钨部2以倍率5000倍进行了测定，高熔点金属部3以倍率1000倍进行了测定。钨部2求出映照在单位面积50μm×50μm上的任意10个结晶的长径，高熔点金属部3求出映照在单位面积250μm×250μm上的任意10个结晶的长径，将其平均值作为平均粒径d50。它们的结果示于表4、表5中。

表4

表5

实施例涉及的放电灯用阴极部件在截面方向的优先取向为<101>取向。与此相对，比较例1中在截面方向的优先取向不是<101>取向。此外，高熔点金属部3的钨结晶的平均粒径d50大于钨部2的钨结晶的平均粒径d50。

接着，调查了放电灯用阴极部件的耐久性。首先，使用放电灯用阴极部件制作放电灯。作为耐久性试验测定了放电灯的闪烁寿命。通过点灯试验实施了耐久性试验。将点灯时的灯电压设定为40v，将非点灯时的灯电压设定为20v。将点灯状态设定为3小时，将非点灯状态设定为2小时，将此交替地重复。将点灯状态或非点灯状态的灯电压的偏移为1v以上时定义为发生闪烁。将到发生闪烁现象为止的点灯时间的合计作为闪烁寿命。

按相同条件，在经过800小时后测定了钨部2的钨结晶的平均粒径d50。平均粒径d50与上述同样从线径方向的截面的sem照片进行测定。将其结果示于表6中。

表6

从表中得知，实施例涉及的放电灯的闪烁寿命为800小时以上，寿命延长。通过控制钨部2和高熔点金属部3的粒径尺寸，可得到充分的放电特性。

具有粗化部5的实施例2、3、5、6的阴极部件1经过800小时后的钨部2的钨结晶的平均粒径d50比较小。由此得知，通过设置粗化部5，而使散热性提高。此外，高熔点金属部3的3点弯曲强度低至300mpa的实施例5容易进行粗化加工。与此相对，比较例1中寿命下降。这是因为没有控制钨部2的钨相的晶体取向。

以上，对本发明的几个实施方式进行了例示，但这些实施方式是作为例子而提示出的，其意图并非限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其它各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形例包含于发明的范围、主旨中，同时包含于权利要求书中记载的发明和其均等的范围内。上述各实施方式可通过相互组合来实施。