(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部およびその上に載置された頭部からなり、少なくとも前記頭部の領域の一部がセラミック材料からなる高圧放電ランプ用の電極において、
前記セラミック材料が、Ｙのホウ化物及びＹｂのホウ化物の少なくとも１つ、又はＴａの炭化物及びＨｆの炭化物からなる混合物であり、
前記頭部は、金属製の基材の上に少なくとも１つの被膜が配置されていることを特徴とする電極。
【請求項２】
前記被膜が、Ｙのホウ化物及びＹｂのホウ化物の少なくとも１つ、又はＴａの炭化物及びＨｆの炭化物からなることを特徴とする請求項１記載の電極。
【請求項３】
前記被膜が、ゾル−ゲル法により作られていることを特徴とする請求項１記載の電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念による高圧放電ランプ用のセラミック電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から、ＬａＢ6からなる電極が公知である。
【０００３】
特許文献２から、ＬａＢ6で被覆された電極が公知である。
【０００４】
金属を基礎とする電極として焼結電極が特許文献３から既に公知である。
【０００５】
特許文献４および特許文献５から、窒化物又は酸化物の材料を使用するセラミック電極が既に公知である。
【０００６】
特許文献６から、膜として形成されＬａＢ6又はＣｅＢ6から作られたセラミック電極が知られている。この種の膜電極はＬＴＴＣにより製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６４−８６４３９号公報
【特許文献２】特開昭６３−１９７５０号公報
【特許文献３】米国特許第６２１８０２５号明細書
【特許文献４】米国特許第６２３２７１８号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第１２６５２６４号明細書
【特許文献６】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６４９６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、低い電子放出仕事関数を有する高圧放電ランプ用のセラミック電極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、請求項１の特徴事項によって解決される。
【００１０】
特別に有利な実施形態が従属請求項に記載されている。
【００１１】
本発明による新規なセラミック電極は、軸部と、その軸部の上に取り付けられた頭部とを有する電極である。特に、頭部は円筒状又はこれに類似した形状を有する。
【００１２】
頭部は、全体又は外側層がホウ化物からなる。特に公知のＬａＢ6が適し、又はＣｅ、Ｙ、Ｙｂのホウ化物が適している。この種の材料は、たしかにランプ構造においては公知であるが、しかし通常は電子放出層として公知である。従来において、中実体の形成の可能性を考慮に入れることは決してなかった。
【００１３】
セラミック材料による被覆としては、公知のゾル−ゲル法が製造法として適している。
【００１４】
Ｌａ、Ｃｅ、Ｙ、Ｙｂのホウ化物は、電極にとって重要な比較的高い融点を持つ。これらのホウ化物の融点は２５００〜２６００℃の範囲にある。同時に電子仕事関数は比較的低く、このことは表１を参照されたい。
【表１】
0005645965.tif 000002
【００１５】
これらの材料は、頭部用のセラミック中実材料又はセラミック被膜として使用することができる。
【００１６】
被膜としては、表２に挙げた他の材料も適している。
【表２】
0005645965.tif 000003
【００１７】
これらは、タンタルおよび／又はハフニウムの炭化物であり、最善の結果が両炭化物からなる混合物により達成され、その際にＨｆの成分は１０〜２０モル％の範囲にあるべきである。何故ならば、一方では最も低い仕事関数が得られ、他方では最も高い融点が得られるからである。
【００１８】
この種のセラミック被膜の典型的な膜厚は１〜１００μｍの範囲にある。
【００１９】
特に異なる材料からなる複数の層も使用することができ、この場合、特に低い仕事関数を有する材料が表面にあるべきである。
【００２０】
従来技術によれば、高圧放電ランプの放電管用には、通常Ａｌ2Ｏ3（ＰＣＡ）からなるセラミック中空体が使用される。これらのセラミック中空体は、通常、低圧射出によって適切な形状に製造される。このようにして製造された毛細管付きの２つの半殻部が未加工のまま互いに溶着され、それからガス漏れのないように焼結される。通常、金属ハロゲン化物を含む封入物の注入後に、電極装置がガラスはんだにより毛細管の中に封着される。
【００２１】
一般に電極頭部はできるだけ高い融点を有する金属から作られる。４．４５ｅＶの電子仕事関数を有するタングステンが適している。電極先端の温度は点灯時に約３１００Ｋに達する。
【００２２】
通常放電管は電極を持つ。１つ又は２つの電極が使用されるとよい。これらの電極は、頭部における、好ましくはＬａＢ6からなる全面被膜で構成されている。
【００２３】
電極の頭部は、ほぼ先が丸い又は尖った形状を有することが好ましい。
【００２４】
表３においては、タングステンおよびＬａＢ6を例にして、電極の公知の構成および本発明による構成の重要な特性量を相互に比較している。
【表３】
0005645965.tif 000004
【００２５】
タングステンに対して約２ｅＶだけ低い仕事関数が、電極先端において実験的に求められる温度低下、即ち典型的な値が３１００Ｋであるタングステンに比べて約１３００Ｋだけの温度低下をもたらす。
【００２６】
これはタングステンに匹敵する排気率をもたらすが、低い熱伝導率および低い点灯温度のおかげで明らかに少ない熱損失をもたらし、このことは高い効率と同じ意味である。これはさらに、導入線へのエネルギー供給、特に排熱によるエネルギー供給が減少するという結果となる。
【００２７】
低い動作温度又は点灯温度と、ＬａＢ6がタングステンよりも明らかに高い熱膨張率を持ち、しかもその熱膨張率がＡｌ2Ｏ3のそれに非常に近いという事情とによって（ＰＣＡは８．３×１０-6／Ｋの熱膨張率を持つ）、ランプの全長を明らかに短くする可能性がもたらされる。何故ならば毛細管の長さを短縮できるからである。それに関連した他の有利な効果がデッドスペース容積の低減にある。
【００２８】
これは、同様に少ない色ばらつきおよび高い寿命をもたらす。
【００２９】
ＬａＢ6のような材料は、封入物の成分である希土類ヨウ化物に対して耐食性がある。それによって寿命がさらに高められる。
【００３０】
従って、全体として、低い点灯温度、低減された熱損失、高い効率、電気エネルギーの節約、少ない色ばらつき、高い信頼性、高い耐食性という利点がもたらされる。
【００３１】
特に水銀のない封入物を使用することができる。
【００３２】
具体的な被覆方法は、公知のゾル−ゲル法である。タンタルおよび／又はハフニウムの炭化物の生成により、タングステンのような高耐熱性の金属製基材を薄く被覆することができる。その際に、基材、例えばタングステン等からなる基材が、炭化物の形成をもたらす前駆物質の溶液中に浸漬されるとよい。前駆物質の変化後に最終的に、例えば（Ｔａ，Ｈｆ）Ｃを含有する溶液が、浸漬浴から出た後に頭部においてゲル化し、そして場合によっては熱供給下で硬化する。この最後のステップにおいて電極頭部が１８００から２１００℃の範囲の温度にある炉内で熱分解され、その被膜が永続的に基材に結合される。
【００３３】
さらに代替として、この種の被膜材料からセラミック中実体が作られてもよい。繊維を引き出して後処理でセラミックスを形成してもよい。
【００３４】
これは電極の幾何学的形状の多くの可能性を提供する。
【００３５】
従って、低コストの被膜形成方法が得られる。これらの方法は、労力をかけることなく既存の製造ラインに組み込むことができる。
【００３６】
ゾル−ゲル法の使用は、数ｎｍから数十μｍまでの膜厚可変性を許容する。従ってさらにセラミック中実体の製造さえも可能である。特に、（Ｔａ0.9Ｈｆ0.1）Ｃのような材料からなる繊維の製造も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
以下において本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
【００３８】
【図１】図１は２つの電極を有する放電管を示す。
【図２】図２はセラミック頭部を有する電極を示す。
【図３】図３は中実体としての電極を示す。
【図４】図４は丸みをつけた形の被膜を有する電極を示す。
【図５】図５は先の尖った被膜を有する電極を示す。
【図６】図５は先の尖った被膜を有する電極を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１は円筒状の中間部２および２つの毛細管３を有するセラミック放電管１を示す。中間部の空所４内には金属ハロゲン化物を有する封入物が入っている。
【００４０】
毛細管３内において、それぞれ１つの電極装置５がガラスはんだで封止されている。電極装置５は、外側リード６、導入線７および電極８を有する。電極は軸部９および頭部１０を有する。
【００４１】
図２は電極８を詳細に示す。電極８はタングステンからなる軸部９を有し、その軸部上にはＬａＢ6からなる円筒状の頭部１０が座している。頭部はセラミックからなる。
【００４２】
図３は電極８の第２の実施例を示す。ここでは頭部１０がタングステン製の基材１１から構成されていて、基材１１は外側をＹＢ6からなるセラミック被膜１２によって包囲されている。代替としてここでは特にＴａ0.9Ｈｆ0.1Ｃが使用される。
【００４３】
図４は、電極８、頭部１０および軸部９の全部がセラミック材料、即ちＴａＣから作られている。
【００４４】
図５は、頭部１０が、基材１１および外側の被膜１２から構成されている電極を示す。。基材１１は円筒状であり、丸みをつけられた先端１５を有する。頭部の放電側はＣｅＢ6からなる被膜１２で覆われている。
【００４５】
図６は、頭部１０が先端に向かって円錐形をなす電極８を示す。基材１１はタングステンからなる。円錐形の斜面にはＹｂＢ6からなる被膜１２が形成されている。
【００４６】
本発明の主要な特徴を以下に列挙する。
１．軸部およびその上に載置された頭部からなり、少なくとも頭部領域がセラミック材料からなる高圧放電ランプ用の電極において、セラミック材料がホウ化物又は炭化物であることを特徴とする電極。
２．少なくとも１つの被膜が金属製の基材の上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電極。
３．被膜が、Ｌａ、Ｙ、Ｙｂ又はＣｅのホウ化物の少なくとも１つ、又はＴａ又はＨｆの炭化物の少なくとも１つからなることを特徴とする請求項２記載の電極。
４．頭部全体がセラミック材料から作られていることを特徴とする請求項１記載の電極。
５．被膜がゾル−ゲル法により作られていることを特徴とする請求項２記載の電極。
６．軸部もセラミック材料から作られていることを特徴とする請求項４記載の電極。
【符号の説明】
【００４７】
１          放電管
２          中間部
３          毛細管
４          空所
５          電極装置
６          外側リード
７          導入線
８          電極
９          軸部
１０        頭部
１１        基材
１２        セラミック被膜
【図１】
0005645965.tif 000005
【図２】
0005645965.tif 000006
【図３】
0005645965.tif 000007
【図４】
0005645965.tif 000008
【図５】
0005645965.tif 000009
【図６】
0005645965.tif 000010