JPS6258106B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高強度放電ランプ（HIDランプ）に関
するものであり、さらに詳しくはこのようなラン
プの電極用の改良された電子放出物質に関するも
のである。 米国特許第3708710号には電子放出物質として
タングステン酸ジバリウムカルシウムを使用した
高強度放電ナトリウム―水銀蒸気ランプが開示さ
れている。このような物質はいわゆるデイスペン
サー陰極中に使用されて来た。1969年３月25日付
米国特許第3434812号にはデイスペンサー陰極中
の電子放出物質としてタングステン酸ジバリウム
ストロンチウムまたはタングステン酸ジバリウム
カルシウムを使用することが開示されている。 米国特許第3266861号に開示されていように、
白熱ランプのゲツタ層物質としてモリブデン酸ジ
バリウムカルシウムを使用することも公知であ
る。さらに、電圧水銀蒸気ランプ及びナトリウム
―水銀蒸気ランプは過去において二酸化ナトリウ
ム、トリウム酸バリウム、タングステン酸ジバリ
ウムカルシウム及び酸化バリウムを含むいくつか
の酸化物の混合物を電子放出物質として使用して
来た。これらの酸化物の混合物は大気中の汚染物
に対して非常に感受性が強く、空気にほんのわず
かの間さらすだけでも水及び二酸化炭素を比較的
多量に吸着し、これらの汚染物は除去するのが難
しい。このような混合物において、二酸化トリウ
ムは酸化バリウム、タングステン酸ジバリウムカ
ルシウム及びトリウム酸バリウムのようなより活
性な酸化物電子放出物質の母体として働く。 米国特許第4052634号〔デコク（DeKok）〕に
は電子放出物質を備えた高融点金属の支持体から
成る電極を有する高強度放電ランプが開示されて
いる。電子放出物質は(a)少なくとも１種の希土類
金属酸化物、(b)前記希土類金属酸化物１モル当た
り0.66〜４モルの量のアルカリ土類金属酸化物、
及び(c)前記アルカリ土類金属酸化物１モル当たり
0.25〜0.40モルの量のタングステンの酸化物及び
モリブデンの酸化物の少なくとも１種を含有する
１種以上の酸化物から主として成り、且つ前記ア
ルカリ土類金属酸化物はその少なくとも25モル％
が酸化バリウムから成る。 「灰チタン石型化合物の構造、性質及び製造」
（Structure、Properties and Preparation of
Perovskite―Type Compounds）〔ガラソ
（Galasso）著、パーガモン・プレス（Pergamon
Press）、1969、第25頁〕に開示されている様
に、化合物Ba₃CaNb₂O₉及びBa₃CaTa₂O₉は灰チ
タン石型化合物として知られている。 本発明の高強度放電ランプは、細長いアーク放
電を維持するように動作可能に輻射線透過性アー
ク管の両端付近に（ランプ）電極を支持する輻射
線透過性アーク管及び前記電極を電圧印加用電源
に接続する手段を備えてなり、前記それぞれの電
極は、一端が前記アーク管の末端付近に支持さ
れ、他端が前記アーク管の内側に短く突き出てい
る細長い耐火性金属部材から成り、前記細長い耐
火性金属部材の前記アーク管の内側に短く突き出
ている部分上には耐火性金属コイル部材が巻付い
ており、前記耐火性金属コイル部材の中央部の巻
線は電子放出物質を有しており、前記電子放出物
質はBa₃CaM₂O₉（Ｍはニオブ、タンタルまたは
これらの組合わせ）から本質的に成ることを特徴
としている。 あるタイプのランプの場合、耐火性金属粉末を
電子放出物質と混合するのが好ましく、前記耐火
性金属粉末は電子放出物質の５〜80重量％を占め
る。 第１図を参照すると、ランプ１０は代表的な高
強度放電ナトリウムまたはナトリウム―水銀ラン
プで、輻射線透過性アーク管１２を備え、該アー
ク管１２の両端付近には電極間の細長いアーク放
電を維持するように動作可能に支持された（ラン
プ）電極を備える。前記アーク管１２は単結晶ま
たは多結晶アルミナのような耐火性物質からでき
ており、末端はニオブ末端キヤツプ１６で封じら
れている。アーク管１２は支持枠２０によつて外
側保護管球１８内に支持され、支持枠２０は一方
（上端）のリードイン導体２２に接続し、このリ
ードイン導体は慣用のランプベース２６と接続す
るために慣用の偏平ステム２４中に封入されてい
る。他方のリードイン導体２８は他方のランプ電
極１４と接続している。上端の極１４への電気的
接続は支持枠２０及びアーク管１２の膨張及び収
縮に対処できる弾力性にとんだ編組線３０によつ
て行われ、支持枠２０は保護管球１８の円頂部分
の内側表面に接触している適当な金属性スプリン
グスペーシング部材３２によつて管球内に保持さ
れる。アーク管１２は放電維持用充填物質として
少量のナトリウム―水銀アマルガム及び低圧の不
活性イオン化性起動ガス、たとえば20トールのキ
セノンを含有する。あるタイプのランプの場合、
放電維持用充填物質はナトリウム自体及び起動用
ガスから成るものでも良い。 第２図に示した高圧水銀蒸気ランプ３４も一般
に慣用のものであり、通常石英からできている光
透過性アーク管３６を有し、アーク管３６は両端
付近に細長いアーク放電を維持するように（ラン
プ）電極３８が動作可能に備えられる。慣用の支
持枠４０は外側保護管球４２中にアーク管を適当
に支持し、電極の一方と電気的に接続している。
他方の電極はリードイン導体４４の一方と直接に
接続し、そこからベース４６に接続することによ
つてランプ電極３８は電源と接続することとな
る。従来の場合と同様に、このランプは少量の水
銀４８を含有し、活性イオン化性起動ガスととも
に放電維持用充填物質として働く。このランプに
おいて、アーク管３６の末端に設けられたリボン
シール５０はリードイン導体を封入して電極と接
続している。従来の起動電極５１は起動抵抗５２
を通じて支持枠４０に接続している。 第３図は高強度放電ランプに使用する電極１
４；３８の部分拡大図である。（ランプ）電極１
４；３８は細長い耐火性金属部材５３を有し、金
属部材５３の一端５４はアーク管の末端付近に支
持されており、他端５６はアーク管の内側に短く
突き出ている。細長い金属部材５３上の末端５６
付近には耐火金属コイル５８が巻付いている。一
実施態様としては、第３図に示されるように、細
長い金属部材が約0.8mm（0.032インチ）の直径を
有するタングステン棒であり、それを取巻くコイ
ル５８は0.4mm（0.016インチ）の直径のタングス
テン線を８回巻いたものである。コイル５８の外
径は2.3mm（0.09インチ）〜2.8mm（0.11インチ）
である。 電極コイルは組体の状態では第４図及び第５図
に示すように細長い耐火性金属部材５３はその上
に直接に巻付けた第１コイル６０を有し、第１コ
イル６０の両末端コイル巻線６２間の中間コイル
の個々の巻線６４はそれら巻線６４間に所定の間
隔を有するようなピツチで巻かれている。一実施
態様として、中間に位置する個々の巻線６４間の
間隔は第１コイルを形成するワイヤの直径にほぼ
等しい。この間隔の空間は電子放出物質６６を貯
蔵する場所を提供する。前述の様な電極構造は米
国特許第3170081号に開示されているように一般
公知である。 電子放出物質６６はニオブ酸トリバリウムカル
シウムまたはタンタル酸トリバリウムカルシウム
またはこれらの混合物またはこれらの固溶体であ
る。この電子放出物質は式Ba₃CaM₂O₉で表さ
れ、前記式中Ｍはニオブまたはタンタルまたはこ
れらの混合物またはこれらの固溶体である。これ
らの物質は非常に耐火性であり、ニオブ酸トリバ
リウムカルシウム及びタンタル酸トリバリウムカ
ルシウムの融点は真空中でそれぞれ1850℃及び
1910℃であり、これに対してタングステン酸ジバ
リウムカルシウムの真空中での融点は1850℃であ
る。これらの物質とタングステン酸ジバリウムカ
ルシウムとの最大の相違は水との反応の感度であ
る。これをテストするためにタングステン酸ジバ
リウムカルシウム、ニオブ酸トリバリウムカルシ
ウム及びタンタル酸トリバリウムカルシウムを
別々に金属容器に入れ、15日間空気にさらした。
このテスト期間の末期にはタングステン酸ジバリ
ウムカルシウムは空気から湿気（H₂O）及び二酸
化炭素を吸収して著しく膨潤することがわかつ
た。これに対し、ニオブ酸トリバリウムカルシウ
ム及びタンタル酸トリバリウムカルシウムは何ら
膨潤しなかつた。別の感受性テストにおいては、
所定量の前記物質を蒸留水中で撹拌し、PHを直ち
に測定した。この結果タングステン酸ジバリウム
カルシウム懸濁液はPHが急激に増大した。すなわ
ち、約５分間でPHが約6.5から12に高まつた。こ
れに対し、タンタル酸トリバリウムカルシウムは
24時間連続的に撹拌した後もPHが変化しなかつ
た。ニオブ酸トリバリウムカルシウムの懸濁液は
蒸留水中で長時間撹拌したところPHがごくわずか
にしか上昇しなかつた。 400W用に設計したナトリウム―水銀型の高強
度放電ランプでテストしたところ、ニオブ酸トリ
バリウムカルシウムを使用している電極の平均の
初期電極電圧降下は21.2ボルトであり、タンタル
酸トリバリウムカルシウムを使用した電極の場合
は21.6ボルトであつた。これはタングステン酸ジ
バリウムカルシウムまたは他の従来の混合酸化物
の電子放出物質を使用した場合の電圧降下と同じ
程度である。すなわちこれらの物質の電子放出特
性は全て同程度である。しかしながら、タンタル
酸トリバリウムカルシウムまたはニオブ酸トリバ
リウムカルシウムは湿気に対して不活性であるた
めに、これらの物質はランプ製造中の取扱いが非
常に簡単であり、電極が湿気で汚染されてランプ
性能に害を及ぼす可能性が無い。 ニオブ酸トリバリウムカルシウムまたはタンタ
ル酸トリバリウムカルシウム放出物質はそれらを
単独で使用しても良く、または任意の量比で混合
して使用しても良い。さらに、これらの物質は両
方とも同じ結晶構造を有し、灰チタン石類（ペロ
フスカイト類）に属し、ニオブ酸塩及びタンタル
酸塩の任意の量比で完全な固溶体が形成されて、
電子放出物質として使用できる。ニオブ酸トリバ
リウムカルシウムの製造例としては、細かく粉砕
した炭酸バリウム、炭酸カルシウム及び酸化ニオ
ブが最終物質に望まれる相対的グラムモル比で混
合される。これらの原料成分はアランダムまたは
アルミナるつぼの中に入れられ、1350℃で約４時
間空気中で加熱される。最終的に得られる物質は
非常に安定であり、使用するに際しては非常に細
かく、代表的には約11ミクロンに粉砕される。こ
の粉末物質をしかる後アルコールベヒクルを使用
して粘稠性のペーストにし、このペーストを第４
図に示すように内側コイル（第１コイル）６０上
に施す。乾燥後、第５図に示すように外側コイル
（第２コイル）５８を前記内側コイル上に巻付け
前記電子放出物質６６が脱離しないように保護す
る。しかる後ランプ電極を従来の形態でアーク管
内に取付けて、ランプを完成する。電子放出物質
の実際の量はいろいろ変えることができるが、前
述のような代表的電極の場合、400Wナトリウム
―水銀ランプについてはそれぞれの電極に約60〜
70mgの電子放出物質を装荷すれば優秀な性能が得
られる。タンタル酸塩または固溶体―ニオブ酸塩
―タンタル酸塩の電子放出物質を製造する場合、
原料成分は最終的に得られる。焼成物質中に所望
される相対的モル比で混合される。ナトリウムま
たはナトリウム水銀高強度放電ランプ中に使用し
た場合、電極電子放出物質は放電環境において非
常に安定であり、水銀蒸気高強度放電ランプ中に
おいてもその性能は優秀である。空気または湿気
条件にさらしても電極電子放出物質は非常に安定
である。 水銀蒸気高強度放電ランプの場合、電子放出物
質をタングステン、モリブデン、タンタルまたは
ニオブまたはこれらの混合物などの細かく粉砕し
た耐火性金属粒子と混合するのが望ましく、その
場合耐火性金属粉末は電子放出物質の５〜80重量
％の量で使用される。金属粉末は非常に細かい粒
子の状態で使用され、代表的な粒子サイズは0.02
〜0.6ミクロンである。中でもタングステン粉末
が好ましく、代表的粒子サイズは約0.11ミクロン
である。添加した金属粉末は耐火性母体として働
き、電子放出物質の機械的安定性を高め、ランプ
を操作し始めた時酸化物電子放出物質のスパツタ
リングを最少に抑える。好ましいタングステン粉
末は電子放出物質の重量の約15〜約50重量％の量
で使用される。このように変性混合物は第６図に
示したように施され、電子放出物質６６には細か
く粉砕されたタングステン粒子７０が電子放出物
質の約40重量％の量で混入されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の改良された電極を有する代表
的な高強度放電ナトリウム水銀ランプの立面図で
ある。第２図は本発明の電極を有する高強度放電
水銀蒸気ランプの立面図である。第３図は耐火性
コイルを巻いた電極の先端部分の拡大図である。
第４図は電極の先端部分の立面図であり、本発明
の改良された電子放出物質を中間部の巻線間に装
荷した内側コイル（第１コイル）を示す。第５図
は電極を完成させるために第４図に示した内側コ
イル（第１コイル）上に巻付ける外側コイル（第
２コイル）の立面図である。第６図は第３図に相
当する電極の先端部分の拡大図であり、細かく粉
砕した耐火性金属粒子を混入した電子放出物質の
使用例を示す。 １２，３６……アーク管；１４，３８……電
極；１８，４２……保護管球、２０，４０……支
持枠；２６，４６……ランプベース；４８……水
銀；５３……細長い耐火性金属部材；５８……第
２コイル；６０……第１コイル；６６……電子放
出物質；７０……タングステン粒子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 輻射線透過性アーク管の両端付近に細長いア
   ーク放電を維持するように動作可能に支持された
   電極を有する輻射線透過性アーク管及び前記電極
   を電圧印加電源に接続する手段を備えた高強度放
   電ランプにおいて、前記それぞれの電極は、一端
   が前記アーク管の末端付近に支持され、値端が前
   記アーク管の内側に短く突き出ている細長い耐火
   性金属部材から成り、前記細長い耐火性金属部材
   の前記アーク管の内側に短く突き出ている部分に
   は耐火性金属コイルが巻付けられており、前記耐
   火性金属コイルの両末端巻線中間部の巻線は電子
   放出物質が装荷されており、前記電子放出物質は
   Ba₃CaM₂O₉（Ｍはニオブ、タンタルまたはこれ
   らの組合わせ）から本質的に成ることを特徴とす
   る高強度放電ランプ。 ２ 電子放出物質がBa₃CaNb₂O₉である特許請求
   の範囲第１項記載の高強度放電ランプ。 ３ 電子放出物質がBa₃CaTa₂O₉である特許請求
   の範囲第１項記載の高強度放電ランプ。 ４ 非常に細かいタングステン、モリブデン、タ
   ンタルまたはニオブ粉末またはこれらの混合物を
   電子放出物質と混合し、前記粉末が前記電子放出
   物質の５〜80重量％を占める特許請求の範囲第１
   項、第２項または第３項記載の高強度放電ラン
   プ。 ５ 粉末はタングステン粉末であり、電子放出物
   質の15〜50重量％を占める特許請求の範囲第４項
   記載の高強度放電ランプ。 ６ 耐火性金属コイルは細長い耐火性金属部材上
   に直接巻かれた第１コイル及び前記第１コイル上
   に巻付けられた第２コイルからなり、前記第１コ
   イルの両末端間の中間部の巻線は各巻線間に所定
   の間隔を置くピツチで巻かれ、前記第２コイルは
   間隔をあけないでぴつたり巻かれてなり、前記第
   １コイルの両末端間の中間部の巻線には電子放出
   物質及びタングステン粉末が装荷されてなる特許
   請求の範囲第５項記載の高強度放電ランプ。 ７ 高強度放電ランプが高圧ナトリウムまたはナ
   トリウム水銀蒸気放電ランプである特許請求の範
   囲第１項から第６項までのいずれか１項に記載の
   高強度放電ランプ。 ８ 高強度放電ランプが高強度水銀蒸気放電ラン
   プである特許請求の範囲第１項から第６項までの
   いずれか１項に記載の高強度放電ランプ。