JPH05205696A - 放電ランプ用電極及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エミッタのフィラメントへの固着強度を向上
させた、長寿命の放電ランプ用電極を提供すること及び
その製法を提供すること。 【構成】 放電ランプ用電極の発明は、金属線にエミ
ッタ物質を付着してなる放電ランプ用電極において、前
記金属線の周囲に酸化アルミニウム層を設け、その上に
エミッタ物質が付着していることを特徴とする放電ラン
プ用電極であり、その製法の発明は鉄−クロム−アルミ
ニウムの合金線を酸素の存在下で熱処理した後、アルカ
リ土類の炭酸塩を塗布し真空中又は不活性ガス雰囲気中
で活性化処理を行うことを特徴とする放電ランプ用電極
の製法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、蛍光ランプなどの放
電ランプに使用される電極及びその製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の蛍光ランプなどの放電ランプ用電
極としてはタングステン等の金属線にエミッタ物質を付
着してなる電極が知られている。また、その製法として
は、金属線の金属としてタングステンを用い、スラリー
状のアルカリ土類（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）の炭酸塩をこの
金属線に塗布し、真空中又は不活性ガス雰囲気中で加熱
する活性化処理を行い熱電子放射陰極（電極）を製造し
ている。なお、アルカリ土類（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）の炭
酸塩は活性化処理により酸化物となり、電極表面の仕事
関数を下げ、エミッタ（熱電子放射物質）の役目をする
とされている。

【０００３】ところで、上記の放電ランプ用電極につい
ては長寿命化することが望まれている。そして、放電ラ
ンプ用電極である熱電子放射陰極はエミッタが消失する
ことにより寿命となることが知られており、このエミッ
タの消失の原因としては大きくは、ランプ点灯時に陰極
がイオン衝撃を受けて欠落するためと、エミッタが蒸発
するための２つがある。従来の放電ランプでは電極とし
た金属線（以下フィラメントと呼ぶ）へのエミッタの固
着強度が充分でなく、従ってイオン衝撃によりエミッタ
が欠落しやすい問題点があり、長寿命化のためにはエミ
ッタの固着強度を向上させることが求められている。ま
た、エミッタの蒸発のしやすさはエミッタ物質の性質に
より決まるので、エミッタの蒸発を防止して電極の長寿
命化を達成するには蒸発のしにくいエミッタ物質が求め
られているが、このようなエミッタ物質はいまだ明確に
なっていないのが現状である。

【０００４】また、従来の放電ランプ用電極に用いられ
ているタングステンのフィラメントは温度の上昇に伴っ
て電気伝導度が大きく変化し、フィラメントに未通電時
の低温（室温）では比抵抗は低いが、ランプ点灯をして
いる通電時の高温では比抵抗は高くなる性質を有してい
る。例えば、２０℃ではタングステンのフィラメントの
比抵抗は５．４９μΩｃｍであるが、１０００℃では比
抵抗は２４．９３μΩｃｍとなり、約５倍に増加する。
従って、フィラメントに通電する場合、始動時には突入
電流として大電流が流れるが、フィラメントの温度上昇
と共に急激に電流値が下がる現象が起こる。このよう
に、タングステンのフィラメントでは室温と高温とで比
抵抗が大きく変化するため、安定した電流値となるまで
に長時間を要する。しかるに、ランプ性能の一つである
瞬時点灯特性と呼ばれる点灯に要する時間を改善するこ
とが求められている。そこで、タングステンのフィラメ
ントよりも室温と高温との比抵抗の変化が少なく、従っ
て、安定した電流値となるまでに要する時間が短いフィ
ラメントが求められている。

【０００５】また一方、タングステンの比抵抗は先に述
べたように１０００℃でも２４．９３μΩｃｍしかない
ので、点灯中にフィラメントを加熱して熱電子放射量を
増加させておくためにはフィラメントに流す電流量を大
きくする必要があり、そのため点灯回路としてはこの大
電流に対応できる回路であることが従来は必要であっ
た。しかし、最近では点灯回路を小型、軽量化すること
が望まれており、そのためには点灯回路に流れる電流を
少なくして点灯回路の負担を小さくすることが有効であ
るので、点灯中にフィラメントを加熱しておくための電
流量が少なくてよい、高温時の比抵抗が高い電極材料が
求められるようになってきている。

【０００６】なお、上記のような比抵抗が高く、室温と
高温とで比抵抗が大きく変化しない材料としては、ヒー
タ等に用いられるヒーター線があるが、一般にヒーター
線は融点が千数百℃程度であり、放電ランプ用電極はラ
ンプ点灯をしている通電時には１０００℃以上となるこ
とがあるので、抵抗線をフィラメントに使用した場合に
は、変形や溶融の恐れがあるという問題があった。

【０００７】さらに、近年、蛍光ランプの高出力、高効
率を狙うランプの開発が研究されている。この高出力の
達成には電極から大電流の電子放射がされることが必要
であり、電極から大電流を得て、且つ高効率を狙うには
ランプ電圧を高くする必要がある。しかし、ランプ電圧
を高くすれば電極に対するイオン衝撃は大きくなりエミ
ッタの欠落が増加し、高出力ランプの寿命は短くなる。
そこで、イオン衝撃に強く、高寿命を達成する熱電子放
射電極がこの場合も求められている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
するのは、従来の電極ではエミッタのフィラメントへの
固着強度が充分でなく、電極の寿命が短いという問題点
である。そして本発明の目的は、エミッタのフィラメン
トへの固着強度を向上させた、長寿命の電極を提供する
こと及びその製法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】放電ランプ用電極の発明
は、金属線にエミッタ物質を付着してなる放電ランプ用
電極において、前記金属線の周囲に酸化アルミニウム層
を設け、その上にエミッタ物質が付着していることを特
徴とする放電ランプ用電極であり、その製法の発明は鉄
−クロム−アルミニウムの合金線を酸素の存在下で熱処
理した後、アルカリ土類の炭酸塩を塗布し真空中又は不
活性ガス雰囲気中で活性化処理を行うことを特徴とする
放電ランプ用電極の製法である。

【００１０】放電ランプ用電極の発明において、金属線
の周囲に酸化アルミニウム層を設けることはエミッタの
固着強度を高める作用があり、そのために、本発明の電
極はイオン衝撃に強く、エミッタが欠落しにくく、長寿
命の電極となる。また、電極が長寿命となるもう一つの
理由としては、電極として使用しているときに酸化アル
ミニウムがエミッタ内へ拡散し、エミッタ間の固着力を
強化することにもよると考えられる。本発明における、
酸化アルミニウム層の厚みについては、特に限定するも
のではないが、０．１μｍ〜５．０μｍであることが好
ましい。０．１μｍ未満の場合には、本発明の目的とす
るエミッタの固着強度を高めることが達成されず、ま
た、５．０μｍを越える厚みの場合には電極の熱電子放
射の能力が落ちるという不具合が生じる。

【００１１】そして、このように金属線の周囲に酸化ア
ルミニウム層を設ける方法については、特に限定するも
のではないが、下記に示すように、 金属線にスパッタ法、溶射法、酸化物メッキ法等で酸
化アルミニウム層を設ける方法、 金属線の周囲にアルミニウムを湿式メッキ法、蒸着
法、スパッタ法等で付け、このアルミニウムを酸化して
酸化アルミニウム層を設ける方法、 アルミニウムを含有する金属線を酸素雰囲気中で熱処
理し、金属線の表面に酸化アルミニウム層を設ける方法
が例示できる。

【００１２】なお、及びに示した方法は、タングス
テン等の高融点金属やニッケル−クロム合金線に対し
て、また、に示した方法はアルミニウムを含有する金
属線に対して適用することができる。

【００１３】また、本発明における金属線については、
特に限定するものではないが、点灯したときに安定した
電流値となるまでに要する時間が短い電極とするには、
室温と高温とでの比抵抗の変化が少ない金属線が望まし
く、具体的には室温と１０００℃の比抵抗変化が、室温
の比抵抗の１０％以内である金属線が望ましい。そし
て、このような性質を有する金属線としては鉄−クロム
−アルミニウムの合金線やニッケル−クロム合金線等の
材料が挙げられる。そして、このような合金線は高温時
の比抵抗が高いという性質を有しているので、点灯中に
電極を加熱しておくための電流量が少なくてすみ点灯回
路の負担を小さくできるので、電極用材料として好まし
い。なお、ここでいう室温とは、ほぼ０〜４０℃の範囲
内の温度をさしている。

【００１４】従来、熱電子放射電極のフィラメントとす
る金属線の材質としては、タングステンに代表される高
融点金属が使用され、鉄やニッケルをベースとするもの
は使用されていなかった。この理由は、放電ランプでは
電極温度が高温となるので、鉄やニッケル等の金属では
溶融や変形の危険性があるためと、放電ランプ用電極は
低い気圧の雰囲気（数トール程度の真空雰囲気）で使用
されるため金属線の材質が蒸気圧の高いものであると、
金属蒸気がランプ内面に付着し、ランプの光束を低下さ
せランプ効率が低くなるという問題があったためであ
る。しかし、本発明では金属線の周囲に酸化アルミニウ
ム層が形成されるために、ランプの使用時に高温になっ
ても酸化アルミニウム層が金属線の形状を保持する作用
と、金属蒸気の発生防止の作用をするので、従来使用さ
れなかった鉄−クロム−アルミニウムの合金線やニッケ
ル−クロム合金線等の材料が使用可能となったものであ
る。

【００１５】さらに、本発明では熱電子放射電極のフィ
ラメントとする金属線の材質が鉄−クロム−アルミニウ
ムの合金線であり、その組成がクロムが１０〜３０重量
％、アルミニウムが１〜１０重量％、残部が鉄である
と、上記のの酸素雰囲気中での熱処理の方法で金属線
の周囲に酸化アルミニウム層を設けることができるので
望ましい。この範囲を外れると次の理由で不具合が生じ
る。アルミニウムが１重量％未満であれば、上記のの
酸素雰囲気中での熱処理の方法で本発明の狙いとする金
属線の周囲に酸化アルミニウム層を設けることが困難と
なり、アルミニウムが１０重量％を越えれば金属線の加
工性が悪くなり、フィラメント加工が困難となる。ま
た、クロムが１０重量％未満であれば、母相がオーステ
ナイト相となりアルミニウムを固溶するため、本発明の
狙いとする金属線の周囲に酸化アルミニウム層を設ける
ことが困難となり、クロムが３０重量％を越えれば金属
線の加工性が悪くなり、フィラメント加工が困難とな
る。このような組成を有する金属線としては、一般にヒ
ーター線として使用されているものを使用することがで
き、例えばカンタル・ガデリウス社より供給されている
カンタル線（商標）、リケン社より供給されているパイ
ロマックス線（商標）などが例示できる。

【００１６】次に、製法に関する発明について説明す
る。この製法の発明を適用する金属線は鉄−クロム−ア
ルミニウムの合金線であり、その組成としては上記した
ようにクロムが１０〜３０重量％、アルミニウムが１〜
１０重量％、残部が鉄であることが望ましい。また、酸
素の存在下での熱処理とは、例えば空気中等の酸素の存
在下で、合金線を高温で焼成することにより合金線の表
面に酸化アルミニウムの皮膜を形成させる熱処理であ
り、この熱処理の条件としては７００〜１３００℃で５
分間〜１５時間の焼成を行うことが合金線の表面に均一
な酸化アルミニウムの皮膜を形成させるためには好まし
い。

【００１７】製法の発明における熱処理した後の合金線
へのアルカリ土類の炭酸塩の塗布については、特に限定
はなく、従来と同様にアルカリ土類（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃ
ａ）の炭酸塩を溶剤に分散してスラリー状にしたエミッ
タスラリーを、前記の熱処理した合金線に塗布すればよ
い。

【００１８】また、本発明におけるアルカリ土類の炭酸
塩を合金線に塗布後の真空中又は不活性ガス雰囲気中で
活性化処理をする狙いは、この活性化処理によってアル
カリ土類の炭酸塩をエミッタ物質である酸化物に変える
と共に合金線の表面の酸化アルミニウムとこのエミッタ
物質である酸化物との複合酸化物を生成させることによ
りエミッタの固着強度を向上させることにある。この活
性化処理の条件としては特に限定するものではないが、
真空中又はアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で８００〜
１３００℃で短時間の加熱を行えばよい。

【００１９】

【作用】本発明の金属線の周囲に酸化アルミニウム層を
設け、その上にエミッタ物質が付着しているようにする
ことは、エミッタの固着強度を向上させる作用をする。

【００２０】この作用が生じる理由は、表面に酸化アル
ミニウムの皮膜が形成された金属線にアルカリ土類の炭
酸塩を塗布し真空中又は不活性ガス雰囲気中で活性化処
理を行うと、アルカリ土類の炭酸塩がエミッタ物質であ
る酸化物に変わると共に金属線の表面の酸化アルミニウ
ムとこのエミッタ物質である酸化物との複合酸化物と考
えられるものが生成し、その結果エミッタの固着強度が
向上するためと考えられる。

【００２１】また、本発明の金属線の周囲に酸化アルミ
ニウム層を設けることは高温における金属線の形状を保
持する作用があり、この作用のため、従来熱電子放射電
極に使用できなかった鉄−クロム−アルミニウムの合金
線やニッケル−クロム合金線等の材料が使用可能となっ
た。

【００２２】また、本発明で使用する鉄−クロム−アル
ミニウムの合金線は常温と高温とでの比抵抗の変化が少
ない性質を有している。従って、この合金線を使用する
ことで安定した電流値となるまでの時間が短い電極が得
られる。

【００２３】また、本発明の鉄−クロム−アルミニウム
の合金線は高温時の比抵抗が従来電極として用いられて
いるタングステン等の金属単体より高い。従って、この
合金線を使用することで点灯中に電極を加熱しておくた
めの電流量が少なくてよい電極が得られる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明する。勿
論、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 （実施例）組成がクロムが２２重量％、アルミニウムが
４．８重量％、残部が鉄であり、線径が５０μｍである
鉄−クロム−アルミニウムの合金線をダブルコイルのフ
ィラメントとした。この鉄−クロム−アルミニウムの合
金線の比抵抗は２０℃で１４５μΩｃｍであり、１００
０℃での比抵抗は２０℃での比抵抗の1.036 倍であっ
た。そして、前記のダブルコイルの一次巻きは直径３０
０μｍ、二次巻きは直径５００μｍとした。このフィラ
メントの全長は２０ｍｍとし、このフィラメントを空気
雰囲気中で１１５０℃で３０分間焼成し、金属線の周囲
に酸化アルミニウムの皮膜を形成させた。次いで焼成さ
れたフィラメントにＢａＣＯ₃ 、ＣａＣＯ₃ 及び、Ｓｒ
ＣＯ₃ を含むいわゆるトリプルカーボネイトのスラリー
を塗布した後、２０Ｗの蛍光ランプに組み込んだ。エミ
ッタの活性化は真空中で、フィラメントの温度が９００
℃となるように通電加熱して行い、活性化後に、このラ
ンプにアルゴンガスを封入してランプとした。作製した
蛍光ランプについて放電電流２Ａでの連続点灯時間、フ
ィラメントに一定電圧を通電したときの突入電流、電流
値が安定するまでの時間の測定を行いこの結果を表１に
示す。 （比較例）比較例として前記実施例の鉄−クロム−アル
ミニウムの合金線の代わりにタングステン線を用いて実
施例と同様の形状のフィラメントとし、次いで、このフ
ィラメントに実施例と同様の条件でトリプルカーボネイ
ト（ＢａＣＯ₃ 、ＣａＣＯ ₃ 、ＳｒＣＯ₃ ）のスラリー
を塗布した後、２０Ｗの蛍光ランプに組み込み、真空中
でフィラメントの温度が９００℃となるように通電加熱
して行い、活性化後に、このランプにアルゴンガスを封
入してランプとした。作製した蛍光ランプについて放電
電流２Ａでの連続点灯時間、フィラメントに一定電圧を
通電したときの突入電流、電流値が安定するまでの時間
の測定を行いこの結果を表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１の結果より本発明により得られた熱電
子放射電極は、連続点灯時間が長い、すなわちエミッタ
が欠落しにくい長寿命の電極であり、鉄−クロム−アル
ミニウムの合金線を用いた場合には突入電流が小さく、
電流値が安定するまでの時間が短い電極であり、且つ、
高温時の比抵抗が高く、点灯中に電極を加熱しておくた
めの電流量が少なくてよい電極であることが確認され
た。

【００２７】

【発明の効果】本発明の放電ランプ用電極は、エミッタ
のフィラメントへの固着強度が向上していて、イオン衝
撃に強く、エミッタが欠落しにくく、従って長寿命な電
極である。

【００２８】また、請求項２による放電ランプ用電極
は、常温と高温とでの比抵抗の変化が少ないので、安定
した電流値となるまでに要する時間が短い、瞬時点灯性
が改善されている電極である。

【００２９】さらに、請求項３による放電ランプ用電極
は、高温時の比抵抗が高く、点灯中に電極を加熱してお
くための電流量が少なくてよく、点灯回路に対する負担
の軽減が可能な電極である。

【００３０】そして、本発明の放電ランプ用電極の製法
によれば、上記の効果を有する放電ランプ用電極を製造
することができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属線にエミッタ物質を付着してなる放
   電ランプ用電極において、前記金属線の周囲に酸化アル
   ミニウム層を設け、その上にエミッタ物質が付着してい
   ることを特徴とする放電ランプ用電極。
2. 【請求項２】 前記金属線の室温と１０００℃の比抵抗
   の変化が、室温の比抵抗の１０％以内であることを特徴
   とする請求項１記載の放電ランプ用電極。
3. 【請求項３】 前記金属線が鉄−クロム−アルミニウム
   の合金線であり、その組成がクロムが１０〜３０重量
   ％、アルミニウムが１〜１０重量％、残部が鉄であるこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の放電ランプ用電
   極。
4. 【請求項４】 鉄−クロム−アルミニウムの合金線を酸
   素の存在下で熱処理した後、アルカリ土類の炭酸塩を塗
   布し真空中又は不活性ガス雰囲気中で活性化処理を行う
   ことを特徴とする放電ランプ用電極の製法。