JPH1050252A - 放電ランプ用電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐スイッチング性を改善しかつ瞬時点灯性を
改善した放電ランプ用電極を提供する。 【解決手段】 本発明による放電ランプ用電極は、ジル
コニウム酸バリウム（ＢａＺｒＯ₃ ）、ハフニウム酸バ
リウム（ＢａＨｆＯ₃ ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉ
Ｏ₃ ）、及びセリウム酸バリウム（ＢａＣｅＯ₃ ）のグ
ループから成るバリウム化合物ならびに１つ又は複数の
金属成分を含む電子エミッタを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バリウム化合物を
含む電子エミッタ（電子放射物質）を備えた放電ランプ
用電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】低圧放電ランプ内で使用されるこの種の
電極は例えばヘルマン（Ｇ．Ｈｅｒｍａｎｎ）及びワー
グナー（Ｓ．Ｗａｇｎｅｒ）の著書「酸化物陰極（Ｄｉ
ｅ Ｏｘｙｄｋａｔｈｏｄｅ）」第２巻（ライプチッ
ヒ、ヨハン・アムブロジウス（Ｊｏｈａｎｎ Ａｍｂｒ
ｏｓｉｕｓ）出版社１９５０年発行、第２版）の第１３
７頁〜第１３９頁に記載されている。この電極は電子エ
ミッタを備えたタングステン製棒状二重又は三重コイル
形電極フィラメントを有している。電子エミッタは標準
的にはバリウム酸化物、ストロンチウム酸化物及びカル
シウム酸化物を含む混合酸化物から構成される。この標
準エミッタは通常ランプ内に据付けられた電極を活性化
すると４５モルパーセントの炭酸バリウム、４５モルパ
ーセントの炭酸ストロンチウム及び１０モルパーセント
の炭酸カルシウムを持つエミッタペーストから相応する
酸化物への炭酸塩の化学分解によって得られる。この電
極の欠点は、エミッタペーストを炭酸塩から酸化物へ変
換しなければならないことである。というのは、この変
換プロセスにおいて生成された一酸化炭素を排出しなけ
ればならないからである。さらにこの電極は、瞬時点灯
形（スリムライン形）のすなわち電極を予熱することな
く点弧される低圧放電ランプで使用すると、寿命が極め
て短くなる。しかもこの電極フィラメントはその幾何学
的形状及び寸法のためにＴ１形及びＴ２形蛍光ランプで
の使用を制限される。

【０００３】スイス特許第４４９１１７号公報により、
電子エミッタを金属粉末とアルカリ土類金属の酸化物又
は過酸化物との混合物から製造したガス放電ランプ用焼
結電極が公知である。この混合物は３分の２がアルカリ
土類金属の酸化物又は過酸化物を、３分の１が金属粉末
を含むのが好ましい。この混合物は約１０００〜２００
０ｋｇ／ｃｍ² の高圧下で電極本体内へ加圧導入され、
その後焼結される。酸化物及び／又は過酸化物としてこ
の特許公報では酸化バリウムを明示し、金属粉末として
ジルコニウム、タンタル及びタングステンを挙げてい
る。この電極の製造プロセスは比較的労力が掛かり、電
極は充分な耐瞬時点灯性を示さない。

【０００４】ヨーロッパ特許出願公開第０２５３３１６
号公報によって、主として半導電性磁器から構成された
低圧放電ランプ用の瞬時点灯可能な電極が公知である。
この電極は主成分として元素のチタン、バリウム、スト
ロンチウム、カルシウム、ランタン及びすずの１つ又は
複数の酸化物を含む。さらに電極は、Ｙ、Ｄｙ、Ｈｆ、
Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｂ、Ｓ
ｂ、Ｎｂ、Ｗ、Ｙｂ、Ｓｃ及びＴａのグループから成る
１つ又は複数の添加物を有する。この電極の製造はコス
トがあまりにも掛かり過ぎる。しかもこの電極は約５０
ｍＡまでの比較的僅かな点灯電流を持つ低圧放電ランプ
のみに適し、従来の蛍光ランプのような１００ｍＡ以上
の点灯電流を持つ低圧放電ランプには適さない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、耐ス
イッチング性を改善すると共に瞬時点灯性を改善した放
電ランプ用電極を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題は本発明によれ
ば、バリウム化合物がジルコニウム酸バリウム（ＢａＺ
ｒＯ₃ ）、ハフニウム酸バリウム（ＢａＨｆＯ₃ ）、チ
タン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃ ）及びセリウム酸バリウ
ム（ＢａＣｅＯ₃ ）のグループから得られ、電子エミッ
タがさらに１つ又は複数の金属成分を含むことによって
解決される。

【０００７】本発明の実施態様は請求項２以降に記載さ
れている。

【０００８】本発明による電極は、主成分としてジルコ
ニウム酸バリウム、ハフニウム酸バリウム、チタン酸バ
リウム及びセリウム酸バリウムのグループから成るバリ
ウム化合物を含み、さらに特にジルコニウム、ハフニウ
ム、鉄、ニッケル、ニオブ及びタンタルのグループから
成る金属添加物を有する電子エミッタを備えている。こ
のバリウム化合物は酸化バリウムに比較してその高い化
学的安定性が優れている。さらに本発明による電極は、
活性化しても上述の炭酸塩エミッタペーストの場合のよ
うな激しいガス発生を生じない。というのは、ジルコニ
ウム酸バリウム、もしくはハフニウム酸バリウム、もし
くはチタン酸バリウム、もしくはセリウム酸バリウムが
このプロセス中に分解しないからである。ジルコニウム
酸バリウム（ＢａＺｒＯ₃ ）が特に有利であることが判
明している。このジルコニウム酸バリウムは高融点（約
２７００℃）を持ち、特に空気に晒されても化学的に安
定しており、吸湿性ではないからである。エミッタにお
ける金属添加物は還元剤として作用する。この金属添加
物はジルコニウム酸バリウム、もしくはハフニウム酸バ
リウム、もしくはチタン酸バリウム、もしくはセリウム
酸バリウムに過剰の遊離金属バリウムを生じさせ、この
遊離金属バリウムがエミッタに半導電性特性及び低い電
子仕事関数を与える。ジルコニウム酸バリウムでは反応
が次の反応式に基づいて進行する。

【０００９】

【化１】２ＢａＺｒＯ₃ ＋１Ｍｅ → ２ＺｒＯ₂ ＋Ｍ
ｅＯ₂ ＋２Ｂａ

【００１０】上記反応式における略号Ｍｅはジルコニウ
ム又はハフニウムを示している。同様に還元剤として有
用な金属すなわち鉄、ニッケル、タンタル及びニオブに
対して、及び本発明によるエミッタの他のバリウム化合
物に対しては、類似の反応方程式を作ることができる。

【００１１】過剰の金属バリウムによって、エミッタの
電子仕事関数は約３ｅＶ（ジルコニウム酸バリウムの値
に相当）から約２ｅＶの値へ低下する。その場合、エミ
ッタにおけるジルコニウム酸バリウムの割合が１０モル
パーセント〜９９モルパーセントであり、一方金属添加
物の割合が１モルパーセント〜９０モルパーセントであ
ると有利である。ジルコニウム酸バリウムの割合が４０
モルパーセント〜９０モルパーセントであり、金属成分
の割合が２０モルパーセント〜５０モルパーセントであ
ると特に好ましい。エミッタのこの組成の場合、電極の
蒸発による過剰バリウムの早い消耗を防止するために、
上記の反応が充分緩慢に進行することが保証される。上
記の反応式で進行する還元の反応速度はエミッタへの酸
化物の添加によってもポジティブにコントロールするこ
とができる。本発明による電極の優れた実施態様におい
ては、反応速度を低減させるためにエミッタに二酸化ジ
ルコニウム及び／又は酸化カルウシムが添加される。電
子エミッタにおけるこの酸化物の割合が５０モルパーセ
ントまでであると有利である。優れた実施態様において
は、電子仕事関数をより一層低下させるためにエミッタ
にジルコニウム酸カルシウムが混入される。

【００１２】本発明の実施態様の１つにおいて、ジルコ
ニウム酸バリウムは部分的にジルコニウム酸ストロンチ
ウムによって置換される。この場合、過剰の遊離バリウ
ムの他に金属還元剤によって過剰の遊離金属ストロンチ
ウムが生成され、この過剰の遊離金属ストロンチウムが
類似の反応式に基づいて、すなわちジルコニウム酸バリ
ウムについて上記したのと同じようにしてエミッタの電
子仕事関数を低下させ、エミッタに半導電性性質を与え
る。エミッタ成分の粒度は同様にエミッタにおいて進行
し過剰の金属バリウムを形成する上記の反応に影響を与
える。この粒度が１μｍ〜２０μｍであると有利であ
る。

【００１３】本発明による電極は、リード線を固定した
カップ状容器を有する瞬時点灯可能なカップ電極として
形成すると有利である。これによって本発明による電極
は、管状放電管が約１／８インチもしくは２／８イン
チ、すなわち３．２ｍｍもしくは６．４ｍｍの直径しか
持たずそのために通常使用されていた棒フィラメントを
装備することのできないＴ１形又はＴ２形蛍光ランプ内
でも使用することができる。本発明による電極は一般照
明用白熱電球の省エネルギー代用品として市販されてい
るコンパクト形蛍光ランプで使用するのに特に好適であ
る。本発明による電極は高い耐スイッチング性を有す
る。本発明による電極は試験によれば、ランプをそれぞ
れ３０秒毎にオン・オフする３０００００回以上の瞬時
点灯にも耐えることが証明されている。本発明によるカ
ップ電極においてエミッタはカップ状容器の内壁に設け
られるか、又は特に優れた実施態様においてはカップ容
器の内部に配置されたコイルフィラメントの隙間に充填
される。このコイルフィラメントの巻回軸がカップ軸に
平行に延び、それによりコイルフィラメントの巻線が圧
力嵌めでカップ内壁に当接するようにすると有利であ
る。これによって、スパッタされ蒸発したエミッタ材料
によるガラス球の黒化が最少になる。本発明による電極
のカップ状容器がニオブ、タンタル、モリブデン、鉄及
びニッケルのグループから成る高融点金属から構成され
ると有利である。またカップ内に配置された電極フィラ
メントがタンタル、モリブデン又はニオブから製作され
ると有利である。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１５】図１は第１ないし第５の実施例に相当する
本発明による電極の構成を示す。この電極はＴ２形蛍光
ランプ用カップ電極である。この電極は底部にリード線
２を固定したニオブ製カップ状容器１を有する。このカ
ップ状容器１はリード線２上に挟搾された薄板から形成
されている。カップ状容器１の外径は約２ｍｍ、その高
さは約３．５ｍｍ、その肉厚は約０．３ｍｍである。電
子エミッタ３はカップ状容器１の内壁に配置されてい
る。

【００１６】第１の実施例では、電子エミッタ３は、３
０モルパーセントのジルコニウム（Ｚｒ）と、２５モル
パーセントの二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂ ）と、５モ
ルパーセントの酸化カルシウム（ＣａＯ）とを混合した
４０モルパーセントのジルコニウム酸バリウム（ＢａＺ
ｒＯ₃ ）から形成される。

【００１７】第２の実施例によれば、電子エミッタ３
は、２０モルパーセントのジルコニウム酸カルシウム
（ＣａＺｒＯ₃ ）と、２０モルパーセントのジルコニウ
ム（Ｚｒ）と、２０モルパーセントの二酸化ジルコニウ
ム（ＺｒＯ₂ とを混合した４０モルパーセントのジルコ
ニウム酸バリウム（ＢａＺｒＯ₃ ）から形成される。

【００１８】第３の実施例による電極は、３０モルパー
セントの鉄（Ｆｅ）と２０モルパーセントのニオブ（Ｎ
ｂ）とを混入した５０モルパーセントのジルコニウム酸
バリウム（ＢａＺｒＯ₃ ）を備えた電子エミッタを有す
る。

【００１９】第４の実施例では、本発明による電極の電
子エミッタは、１０モルパーセントのハフニウム（Ｈ
ｆ）を混ぜた９０モルパーセントのジルコニウム酸バリ
ウム（ＢａＺｒＯ₃ ）から形成される。

【００２０】第５の実施例の電極は、１７モルパーセン
トのジルコニウム酸ストロンチウム（ＳｒＺｒＯ₃ ）と
３５モルパーセントのチタン（Ｔｉ）とを添加した４８
モルパーセントのジルコニウム酸バリウム（ＢａＺｒＯ
₃ ）から形成される。

【００２１】表１には、種々の温度での第１ないし第５
の実施例によるエミッタ組成に対する実験により検出さ
れた電子仕事関数が示されている。さらに、この表１に
は従来技術として引用した標準エミッタの対応する比較
値も示されている。

【００２２】図２には第６ないし第１０の実施例による
電極の構成が示されている。この電極は同様にＴ２形蛍
光ランプ用の瞬時点灯可能なカップ電極である。この電
極は、底部にリード線５を固定したニオブ製カップ状容
器４を有している。このカップ状容器４はリード線５上
に挟搾された約０．３ｍｍの厚みの薄板から形成されて
いる。カップ状容器４の外径は約２ｍｍ、その高さは約
３．５ｍｍである。カップ状容器４内にはタンタル製二
重コイルフィラメント６が配置されている。このフィラ
メント６の巻回軸はカップ軸に同軸的に延びている。さ
らにフィラメント６の巻線はカップ状容器４の内壁に押
圧するように当接している。電子エミッタ７はフィラメ
ント６上に配置され、かつフィラメント６の巻線間の間
隙ならびにフィラメント６とカップ状容器４の内壁との
間の間隙に充填されている。第６ないし第１０の実施例
のエミッタ組成は第１ないし第５の実施例のエミッタ組
成に一致している。第１及び第６の実施例の電極、なら
びに第２及び第７の実施例の電極、等々は構成だけが異
なり、電子エミッタ自体は異なるものではない。

【００２３】全ての実施例において、電子エミッタのた
めに、約１．２μｍの粒度を持つジルコニウム酸バリウ
ム（ＢａＺｒＯ₃ ）が使用されている。金属及び酸化物
の添加物は約５μｍの粒度にひかれる。エミッタを活性
化するために、本発明による電極はランプ内で使用する
前に不活性ガス雰囲気下で焼きなまされる。

【００２４】本発明は以上詳細に説明した実施例に限定
されない。例えば、上述の実施例において、カップ状容
器１、４はモリブデン、タンタル、ニッケル又は鉄から
形成することもでき、フィラメント６はモリブデン、タ
ングステン又はニオブから形成することもできる。電子
エミッタへの金属添加物としては、ジルコニウム、ハフ
ニウム、ニオブ及び鉄の他に、ニッケル、タンタル、ク
ロム、モリブデン、タングステン及びバナジウムも適し
ている。さらに、ジルコニウム酸バリウム（ＢａＺｒＯ
₃ ）の代わりに、バリウム化合物のハフニウム酸バリウ
ム（ＢａＨｆＯ₃ ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉ
Ｏ₃ ）及びセリウム酸バリウム（ＢａＣｅＯ₃ ）を使用
することもできる。

【００２５】

【表１】 本発明の実施例及び標準エミッタのエミッタ組成に対する実験により検出され た電子仕事関数 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− エミッタ組成の実施例の番号 温度〔℃〕 電子仕事関数〔ｅＶ〕 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 第１及び第６の実施例 ７５０ １．９６ ８５０ ２．０５ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 第２及び第７の実施例 ７５０ ２．０２ ８５０ ２．１４ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 第３及び第８の実施例 ８５０ ２．３１ ９５０ ２．３２ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 第４及び第９の実施例 ７５０ ２．１２ ８５０ ２．２０ ９５０ ２．２６ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 第５及び第１０の実施例 ７５０ ２．０６ ８５０ ２．１３ ９５０ ２．１８ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 標準エミッタ ７５０ １．９３ ８５０ ２．０３ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

【図面の簡単な説明】

【図１】第１ないし第５の実施例による本発明の電極の
形状を示す断面図。

【図２】第６ないし第１０の実施例による本発明の電極
の形状を示す断面図。

【符号の説明】

１ カップ状容器 ２ リード線 ３ 電子エミッタ ４ カップ状容器 ５ リード線 ６ 二重コイルフィラメント ７ 電子エミッタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス‐デイーター バウエル ドイツ連邦共和国 81735 ミユンヘン クルト‐アイスナー‐シユトラーセ 41 ／３

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バリウム化合物を含む電子エミッタを備
   えた放電ランプ用電極において、バリウム化合物はジル
   コニウム酸バリウム（ＢａＺｒＯ₃ ）、ハフニウム酸バ
   リウム（ＢａＨｆＯ₃ ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉ
   Ｏ₃ ）及びセリウム酸バリウム（ＢａＣｅＯ₃ ）のグル
   ープから得られ、電子エミッタはさらに１つ又は複数の
   金属成分を含むことを特徴とする放電ランプ用電極。
2. 【請求項２】 バリウム化合物はジルコニウム酸バリウ
   ム（ＢａＺｒＯ₃ ）であることを特徴とする請求項１記
   載の電極。
3. 【請求項３】 金属成分はジルコニウム、ハフニウム、
   鉄、ニッケル、チタン、ニオブ、タンタル、モリブデ
   ン、タングステン、バナジウム及びクロムのグループか
   ら選択されていることを特徴とする請求項１記載の電
   極。
4. 【請求項４】 電子エミッタは二酸化ジルコニウム（Ｚ
   ｒＯ₂ ）及び／又は酸化カルシウム（ＣａＯ）を含むこ
   とを特徴とする請求項１記載の電極。
5. 【請求項５】 電子エミッタにおいてジルコニウム酸バ
   リウム（ＢａＺｒＯ₃ ）、ハフニウム酸バリウム（Ｂａ
   ＨｆＯ₃ ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃ ）及びセ
   リウム酸バリウム（ＢａＣｅＯ₃ ）のグループから得ら
   れたバリウム化合物の割合は１０モルパーセント〜９９
   モルパーセントであることを特徴とする請求項１記載の
   電極。
6. 【請求項６】 電子エミッタにおける金属成分の割合は
   １モルパーセント〜９０モルパーセントであることを特
   徴とする請求項１記載の電極。
7. 【請求項７】 電子エミッタにおける二酸化ジルコニウ
   ム（ＺｒＯ₂ ）及び／又は酸化カルシウム（ＣａＯ）の
   割合は５０モルパーセントまでであることを特徴とする
   請求項４記載の電極。
8. 【請求項８】 電子エミッタにおいてジルコニウム酸バ
   リウム（ＢａＺｒＯ₃ ）、ハフニウム酸バリウム（Ｂａ
   ＨｆＯ₃ ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃ ）及びセ
   リウム酸バリウム（ＢａＣｅＯ₃ ）のグループから得ら
   れたバリウム化合物の割合は４０モルパーセント〜９０
   モルパーセントであることを特徴とする請求項５記載の
   電極。
9. 【請求項９】 電子エミッタにおける金属成分の割合は
   ２０モルパーセント〜５０モルパーセントであることを
   特徴とする請求項６記載の電極。
10. 【請求項１０】 電子エミッタはジルコニウム酸カルシ
    ウム（ＣａＺｒＯ₃）を含むことを特徴とする請求項１
    記載の電極。
11. 【請求項１１】 ジルコニウム酸バリウム（ＢａＺｒＯ
    ₃ ）は部分的にジルコニウム酸ストロンチウム（ＳｒＺ
    ｒＯ₃ ）によって置換されていることを特徴とする請求
    項２記載の電極。
12. 【請求項１２】 エミッタ成分は１μｍ〜２０μｍの粒
    度を有することを特徴とする請求項１記載の電極。
13. 【請求項１３】 電極はカップ状容器（１、４）及びこ
    れに固定されたリード線（２、５）を有するカップ電極
    であることを特徴とする請求項１記載の電極。
14. 【請求項１４】 カップ状容器（１、４）はニオブ、タ
    ンタル、鉄、ニッケル及びモリブデンのグループから成
    る金属の１つから形成されていることを特徴とする請求
    項１３記載の電極。
15. 【請求項１５】 電子エミッタ（３、７）はカップ状容
    器（１、４）の内壁に配置されていることを特徴とする
    請求項１３記載の電極。
16. 【請求項１６】 電極はカップ状容器（４）内に配置さ
    れた電極フィラメント（６）を有し、その場合電子エミ
    ッタ（７）は電極フィラメント（６）上及び／又は電極
    フィラメント巻線の間隙内に配置されていることを特徴
    とする請求項１３記載の電極。
17. 【請求項１７】 電極フィラメント（６）は圧力嵌めで
    カップ状容器（４）の内壁に当接し、電極フィラメント
    （６）の巻回軸はカップ軸に平行に延びることを特徴と
    する請求項１６記載の電極。
18. 【請求項１８】 電極フィラメント（６）はタンタル、
    ニオブ、タングステン及びモリブデンのグループから成
    る金属の１つから形成されていることを特徴とする請求
    項１６記載の電極。