JPS6282640A - 高圧ナトリウムランプ用電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、不飽和蒸気圧形特性を有する高圧ナトリウ
ムランプに使用する電極の改良に関するものであり、更
に詳細には、これら電極に塗布される電子放射物質の改
良に関するものである。

〔従来技術〕

−ａに、飽和蒸気圧形の高圧ナトリウムランプにおいて
は、ランプ動程中のナトリウムの消失を補償するために
、発光に寄与する量よりも過剰の量のナトリウム及び水
銀が発光管内に封入されている。これら過剰の量のナト
リウム及び水銀は発光管内の最冷部でアマルガムを生成
している。したがって発光管内の蒸気圧は、最冷部の湯
境及びアマルガム組成比の変化により影響されるという
問題点がある。更にこのような飽和蒸気圧形の高圧ナト
リウムランプは、ランプ動程中にランプ電圧が上昇し、
最後には立ち消えてしまうという欠点がある。

一方、封入ナトリウム及び水銀の量を限定し、点灯中に
封入ナトリウム及び水銀が全て蒸発気化した状態となる
、いわゆる不飽和ｆ気圧形の高圧ナトリウムランプは、
最冷部の温度が変化しても、発光管内の蒸気圧は殆ど変
化しないようになっており、ランプ点灯時、ランプ電圧
が安定しているものであることは既に知られている。し
かし、このような不飽和蒸気圧形の高圧ナトリウムラン
プにおいては、封入されるナトリウムの量が？ｊｆＸｆ
ｔであるため、ナトリウムが僅か消失してもランプ電圧
に対して重大な影響を及ぼす。すなわちナトリウムの消
失に伴い、ランプ電圧が徐々に下降するという問題点が
ある。

このナトリウムの消失の主な原因が、ランプの始動時及
び点灯時に！橿から放出されるガス、特に酸素であるこ
とは従来から知られている。

ところで高圧ナトリウムランプの電極構成材料としては
、従来からタングステン等の高融点金属が使用されてい
るが、タングステンのみでは高温度においても充分な電
子放射を与えることは困難であるので、通常、電子放射
特性の優れた金属酸化物を用いて電子放射性を補ってい
る。

かかる電子放射性金属酸化物としては、通常、バリウム
、カルシウム等のアルカリ土類金属酸化物、あるいは酸
化トリウム等が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上記のような金属酸化物を用いた電極では、ラ
ンプの動作中の電極温度は、先端で約１７００℃となり
末端に向かって次第に低くなっている。

点灯動作中に上記の金属酸化物を主体とする電子放射物
質（エミッター）は、先端に近い部分から徐々に蒸発飛
散し、発光管の内面に付着する。この発光管内面への電
子放射物質の付着量が多くなると、光束の低下の大きな
原因となる。

このような問題点の対策として、従来、電極８棒に巻回
するタングステンコイルを二重コイルに形成して、内コ
イルと１ｉ極芯棒との間に電子放射物質を密に充填して
、外コイルの表面には電子放射物質を極力露出させない
構造をとり、電子放射物質の蒸発を抑制する方法などが
知られている。

しかしながら、上記のようなアルカリ土類金属酸化物は
電子放射性は優れているが、高温度で蒸気圧が比較的高
く、コイル中に充填した該酸化物の蒸発を完全に抑える
ことは困難である。また、アルカリ土類金属を含む酸化
物、あるいは酸化タングステンとの複合酸化物等は、約
１３００℃前後で一部が分解蒸発し、遊離したアルカリ
土類金属。

アルカリ土類金属酸化物、及び酸素等を放出する。

これらの分解した蒸発成分の中で、特に酸素はナトリウ
ムと反応して蒸気圧の低い安定な化合物を生成する。

このナトリウムの酸化物の生成が、発光管内におけるナ
トリウム消失の主な原因の一つであり、特に不飽和蒸気
圧形の高圧ナトリウムランプにおいては、このナトリウ
ムの酸化物の生成によるナトリウム消失がランプ電圧降
下を招きランプ寿命を短くする要因となっているので、
このナトリウム消失を極力１ｒＩＩ制することが必須で
ある。

このナトリウム酸化物の生成によるナトリウム消失を抑
制することは、上記不飽和蒸気圧形の高圧ナトリウムラ
ンプのみならず、点灯中に封入量の全部ではなく８０％
以上が蒸発する程度のナトリウムアマルガムを封入した
高圧ナトリウムランプに対しても必要な要件である。す
なわち、点灯中に封入量の８０％以上が蒸発する程度の
ナトリウムアマルガムが封入されている場合には、アマ
ルガムの組成比が不飽和形のランプと同様であると、飽
和蒸気正形特性ではな（、不飽和蒸気圧形特性を示すも
のであり、しかも微量のナトリウム消失によりランプ特
性に大きな影響を与える点では不飽和蒸気圧形のランプ
と同等であるから、封入量の全部ではなく８０％以上が
蒸発する程度の量のす°　トリウムアマルガムが封入さ
れている不飽和蒸気圧形特性をもつ電圧ナトリウムラン
プにおいても、ナトリウム消失を抑制することは同様に
必須要件となるものである。

なお、酸化トリウムは、高融点を有すると同時に、比較
的小さい仕事関数を有するため、電子放射物質として使
用されている。しかし、この酸化トリウムは放射性同位
元素の酸化物であるため、放射性物質取扱基準に準じた
取り扱いをしなければならず、作業性の点で多くの問題
があり、現在は電子放射物質として次第に使用されない
方向になっている。

本発明は、従来の不飽和蒸気圧形特性を存する高圧ナト
リウムランプの発光管の電極に塗布される電子放射物質
の上記問題点を解消するためなされたもので、ナトリウ
ムと反応する′ｊ：ｙＪ質を放出しにくく、したがって
う／ブ動程中のランプ電圧降下を軽減し、ランプ寿命を
向上させる電子放射物質を設けた不飽和蒸気圧形特性を
もつ高圧ナトリウムランプ用電極を提供することを目的
とするものである。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明は、上
記問題点を解決するために種々の実験を行い検討を加え
た結果、電極の電子放射物質として、酸化イツトリウム
（Ｙ２Ｏ，）を用いるようにしたものである。

電極の電子放射物質として、上記の酸化イツトリウムを
選定するに際しては、本発明者らは基礎実験として、以
下に示す条件を満足する電子放射物質用の金属酸化物を
検討した。

ｆｌ＋　　高圧ナトリウムランプの発光管シール温度で
分解しないような、少なくとも１６００℃以上の高融点
を存すること。

（２）電極動作温度において低い蒸気圧を有すること。

（３）熱電子放射に対する仕事関数が比較的小さいこと
。

（４）　　ランプ点灯時の温度においてナトリウムと反
応しにくいこと。

なおこの基礎実験では、現在高圧ナトリウムランプ用の
電極エミッター材料として幅広く使用されている酸化バ
リウムＢａＯ，Ｍ化カルシウムＣａＯ等や、あるいはそ
れらを含む複合酸化物（例えばタングステン酸バリウム
カルシウムＢａ　ｔＣａ　Ｗ　Ｏｂ等）は、上記のよう
に分解温度が低く、ナトリウムと反応しやすい等の点を
考慮し、また酸化トリウムＴｈ０ｔやそれを含む複合酸
化物も先に述べたようにトリウムが放射性元素の一つで
あること等の点を考慮して、上記金属酸化物の対象から
除外した。

上記実験検討の結果、上記（１）〜（４）の各条件を満
足する電子放射物質は、酸化スカンジウム５ｃｚＯｙ＋
酸化イツトリウムＹ　ｚ　Ｏｚ　、酸化ランタンＬａｚ
Ｏｓ。

酸化プラセオジムＰｒｚＯ：＋＋酸化ネオジムＮｄｚＯ
３゜酸化サマリウムＳｍｘＯｓ、酸化ガドリニウムＧｄ
ｚＯａ。

酸化ジスプロシウムＤｙ、Ｏ，等の希土類元素の酸化物
、及びそれらの酸化物の混合物であることが判明した。

そして、これらの酸化物の融点は、次の順序で低くなっ
ていることがわかった。すなわちＣｅ０ｚ（２５００℃
）、　ｙ　ｚ　Ｏ２（２４２０℃）、　　５ｃｚＯａ（
２４０５℃）。

Ｇｄ２Ｏ，（２３９５℃）、ＤｙｔＯ＊（２３８５℃）
、　Ｓｍ０　、　（２３２０’Ｃ）、　　Ｎｄｚ　Ｏｓ
’（２３１５℃）＋　　ＬａｚＯ３（２３００℃）、　
　ＰｒＺＯｆｆ（２２９０℃）の順である。

また、これらの酸化物の蒸発性は次の順序で増加してい
ることがわかった。すなわち、Ｙ２Ｃｈ。

５ｃｚＯｘ、　　　ＧｄｚＯｉ、　　　ＤｙｚＯｔ、　
　　ＬａｚＯ３，Ｓｎ＋ｚＯｓ。

Ｐｒ２０＋、　ＮｄｚＯｚ、　Ｃｅｎｔの順である。

また、これらの酸化物の仕事関数は、次の順序で増加し
ていることが判明した。すなわち、Ｙ２Ｏ。

（２，Ｏｅ　Ｖ）、　ＧｄｚＯ３（２，ｌ　ｅ　Ｖ）、
　ＤｙｚＯ３（２，１ｅ　Ｖ）。

ＮｄｚＯｒ（２，３ｅ　Ｖ）、　　ＬａｚＯ：＋（２，
８ｅ　Ｖ）、　ＰｒｚＯｓ（２，８ｅ　Ｖ）、ＳｍｚＯ
ｉ（２，８ｅ　Ｖ）、Ｃｅ０ｚ（２，９ｅ　Ｖ）。

５ｃｚＯｉ（３，２８Ｖ）　　の順である。

これらの希土類元素の酸化物の中で、特に酸化イツトリ
ウムＹ、０．を電子放射物質として使用すると、ランプ
電圧の降下は著しく抑えられ、始動特性も比較的良好で
あった。

そこで、本発明は、不飽和蒸気圧形特性をもつ高圧ナト
リウムランプ用電極の電子放射物質として、上記のよう
に酸化イツトリウムＹ２Ｏ３を用いるものである。この
酸化イットリウムＹｔＣｈを用いることによって、ラン
プ電圧の降下が著しく抑制され、始動性も比較的良好に
なる理由は明確ではないが、上記のように、融点、蒸発
性及び仕事関数の全ての面で、他の酸化物より優れてお
り、最も遊離の酸素を放出しにくいものであり、したが
ってナトリウムとの反応性も低く、ナトリウムの消失の
抑制効果が著しくなるためと考えられる。

以上のように酸化イツトリウムＹ　ｚ　Ｏａを、不飽和
蒸気圧形特性をもつ高圧ナトリウムランプ用電極の電子
放射物質とすることにより、ランプ電圧の降下が抑制さ
れ、ランプ寿命が向上し、所期の目的の達成が可能とな
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。まず本発明に
係る電極の電極構成部材としては、第１図に示すように
、電極８棒１の外周に接して二重コイル２を配設し、更
にその外側に一重コイル３を配設した極く一般的な３６
０ワツトの高圧ナトリウムランプ用の電極構成部材を使
用する（なお、電極の熱容量を小さくするために、電極
８棒１の径を０．８　ｍとした）。

一方、電子放射物質は市販の純度９９．９９％の酸化イ
ツトリウムの粉末にブチルアルコールと、バインダーと
してニトロセルロースランカーを加えてよ（撹拌して懸
濁液にする。

次いで、この懸濁液に前記電極構成部材を浸漬して、電
子放射物質４を塗布し乾燥させた後、外側コイル３の表
面の電子放射物質４を除去する。

その後、水素雰囲気中で約２２００℃の温度で焼成し、
電極を作成した。この焼成工程においては、酸化イツト
リウムＹ２０．の融点は２４２０℃と高いので、電極構
成部材の金属との結着性を良くするため、焼成温度は少
なくとも２０００℃以上とするのが望ましい、なお、こ
の焼成工程には、放電焼成を利用することもできる。

第２図は４．上記のようにして作成された電極を組み込
んだ３６０ワツトの高圧ナトリウムランプ用の発光管を
示す。図において、５は内径が８．０龍の多結晶アルミ
ナ製の発光管本体であり、該発光管本体５の両端部には
主電極６ａ、６ｂを具備した導電性の耐熱金属管７ａ、
７ｂを、咳主電極６ａ、５ｂ間の距離が８４鰭となるよ
うに配置し、該耐熱金属管７ａ、７ｂと発光管本体５と
の間の間隙は、シーリングフリ７トにより気密に封止さ
れている。

そして、このような構造の発光管内には、ランプ動作時
に封入されたナトリウム及び水銀が全て蒸発しうる量の
ナトリウム０．０６Ｎ及び水銀５．５　＊と、始動用補
助ガスとしてキセノン１５０Ｔｏｒｒが封入されており
、いわゆる不飽和蒸気圧形の状態となっている。

このように構成した発光管を外球（図示せず）に収納し
て、４００Ｗ高圧水銀灯用安定器と組み合わせて、入力
電力３６０　Ｗでランプ寿命試験を行った。

その結果、この電子放射物質としてＹ２Ｏ，を塗布・焼
成した電極を装着したランプにおいては、初期のランプ
電圧は平均１３５Ｖであり、３０００時間点灯後点灯−
るランプ電圧は、平均１３０■になり、初期時点からの
ランプ電圧降下幅は５ｖであった。

これと対比するために、タングステン酸バリウムカルシ
ウムＢａ　ｚｃａ　Ｗ　Ｏｂを主成分とした従来の電子
放射物質を用いた電極を装着した、同じ構造の不飽和形
高圧ナトリウムランプの寿命試験を行ったところ、初期
のランプ電圧は平均１２５■であり、３０００時間点灯
後点灯−るランプ電圧は平均１０５■で、初期時点から
のランプ電圧降下幅は２０Ｖであった。なお、このラン
プは３０００時間点灯後点灯−てはナトリウムの発光色
が殆ど見られず、水根のみの発光となって水銀灯化して
いた。

更に、電子放射物質として酸化イツトリウムｙ、ｏ、以
外の希土類酸化物を使用した場合を比較する目的で、酸
化セリウムＣｅＯ，，酸化ネオジムＮｄｚＯｚ及び酸化
サマリウムＳａｇ　Ｏｓを電子放射物質として使用した
ランプについて、同様に寿命試験を行ったところ、ラン
プ点灯時間が５００時間以内で全てのランプのランプ電
圧が、２０〜３０Ｖと大幅に降下し、１０００時間以内
でナトリウム発光色が消失した状態となった。

この理由は明確ではないが、上記Ｃｅｎ！は本発明にお
いて用いる酸化イツトリウムＹ、Ｏ，と比較して、融点
は高いが原発性及び仕事関数も高く、またＮｄｚＯｓ及
び５ＬＩｌｚＯｙは酸化イツトリウムＹ２０゜と比較し
て、融点は低く、且つ蒸発性が高く、しかも仕事関数も
高いので、ナトリウムとの反応性がかなり大きいことに
よるものと思われる。

上記実施例では、発光管中に封入されたナトリウム及び
水銀が点灯動作中には全て蒸発する状態となる不飽和蒸
気圧形のランプに適用する電極について説明したが、先
に述べたように、点灯動作時に８０％以上が蒸発する程
度の量のナトリウムアマルガムが封入されている不飽和
蒸気工形特性をもつ高圧ナトリウムランプにおいても、
電極から放出される遊離酸素によるナトリウム消失が、
ランプ特性に大きな影響を及ぼすものであるから、かか
る不飽和蒸気工形特性をもつ高圧ナトリウムランプの電
極に対しても、本発明は適用できるものであり、同様な
効果が得られるものである。

なお、上記実施例においては、電極の電子放射物質とし
て、酸化イツトリウムＹ２０．のみを使用した例につい
て説明したが、電子放射物質とナトリウムとの反応によ
るナトリウム消失を権力抑制しつつ電子放射性を更に改
善する目的で、酸化イツトリウムＹ　ｔ　Ｏｙに微量の
酸化トリウムｒｈｏｔや酸化バリウムＢａｄ、酸化カル
シウムＣａｂ、酸化ストロンチウムＳｒＯ等を加えるこ
とも可能である。

〔発明の効果〕

以上実施例に基づいて詳細に説明したように、本発明は
、発光管内部にキセノンガス、水銀と共に微量のナトリ
ウムが封入された不飽和蒸気工形特性を有する高圧ナト
リウムランプにおいて、酸化イツトリウムからなる電子
放射物質を塗布して電極を構成したので、放電の始動を
困難にすることなしに、ナトリウム消失によるランプ電
圧降下を軽減することができ、ランプノｆ命を改善する
ことができる。

また、電子放射物質として用いる酸化イツトリウムは人
体に無害であるので、その取り扱いが容易であり、電子
放射物質を製造する工程が大幅に簡略化され、コストダ
ウンを計ることができるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、高圧ナトリウムランプ用電極の断面図、第２
図は、高圧ナトリウムランプの発光管の平面図である。 図において、１は電極８棒、２は内側二重コイル、３は
外側コイル、４は電子放射物質、５は発光管、６ａ、６
ｂは電極、？ａ、７ｂは導電性耐熱金属管を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化イットリウムを電子放射物質として用いたこ
   とを特徴とする不飽和蒸気圧形特性をもつ高圧ナトリウ
   ムランプ用電極。
2. （２）上記不飽和蒸気圧形特性をもつ高圧ナトリウムラ
   ンプは、点灯動作中に全て蒸発する量のナトリウムアマ
   ルガムが発光管中に封入されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の高圧ナトリウムランプ用電極
   。
3. （３）上記不飽和蒸気圧形特性をもつ高圧ナトリウムラ
   ンプは、点灯動作中に完全に蒸発せず封入量の８０％以
   上が蒸発する量のナトリウムアマルガムが発光管中に封
   入されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の高圧ナトリウムランプ用電極。