(57)【要約】ガス充填物を含む気密放電容器と、放電容器内にガス放電を維持するための電極と、ガス放電を開始させ維持するための手段とを備え、前記電極の少なくとも一つは、放電容器内に配置され且つコイルを備える。害コイルは、第１の電気陰性度を有する第１の耐熱金属材料からなるコアと、第２の電気陰性度を有する第２の耐熱金属材料からなる包囲巻線と、前記コアと前記巻線との間に配置された電子放出材料の被覆と、給電線とを有する。本発明は電極にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス充填物を含む気密放電容器と、放電容器内にガス放電を維持するための電極と、ガス放電を開始させ維持するための手段とを備え、前記電極の少なくとも一つは、放電容器内に配置され、且つ第１の電気陰性度を有する第１の耐熱金属材料からなるコアと、第２の電気陰性度を有する第２の耐熱金属材料からなる包囲巻線と、前記コアと前記巻線との間に配置された電子放出材料の被覆と、給電線とを有するコイルを備えることを特徴とする低圧ガス放電ランプ。
【請求項２】
前記コアは高い電気陰性度を有する第１の耐熱材料からなり、前記包囲巻線は低い電気陰性度を有する第２の耐熱材料からなることを特徴とする請求項１記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項３】
前記コアは、タングステン及びジルコニウム、ハフニウム、チタニウム、イットリウム、スカンジウム、ランタン又はランタノイドと合金されたタングステンの合金を含む群から選ばれる高い電気陰性度を有する第１の耐熱材料からなり、前記包囲巻線は、ジルコニウム、ハフニウム、チタニウム、イットリウム、スカンジウム、ランタン又はランタノイドを含む群から選ばれる低い電気陰性度を有する第２の耐熱材料からなることを特徴とする請求項１記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項４】
前記コアは低い電気陰性度を有する第１の耐熱材料からなり、前記包囲巻線は高い電気陰性度を有する第２の耐熱材料からなることを特徴とする請求項１記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項５】
前記コアは、タングステン及びジルコニウム、ハフニウム、チタニウム、イットリウム、スカンジウム、ランタン又はランタノイドと合金されたタングステンの合金を含む群から選ばれる低い電気陰性度を有する第１の耐熱材料からなり、前記包囲巻線は、レニウム、コバルト、ニッケル、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム及びプラチナ含む群から選ばれる高い電気陰性度を有する第２の耐熱材料からなることを特徴とする請求項１記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項６】
前記電子放出材料の被覆はポリメリックマルチプルバリウムタングステン酸塩を含有することを特徴とする請求項１記載の低圧ガス放電ランプ。
【請求項７】
第１の電気陰性度を有する第１の耐熱金属材料からなるコアと、これを取り巻く第２の電気陰性度を有する第２の耐熱金属材料からなる包囲巻線と、前記コアと前記巻線との間に配置された電子放出材料の被覆と、電流供給導体とを有するコイルを備えた電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス充填物を含む気密放電容器と、放電容器内にガス放電を維持するための電極と、更にガス放電を開始させ維持するための手段とを備え、前記電極の少なくとも一つは放電容器内に配置され、耐熱金属からなるコイルを備え、該コイルは給電線に電気的に接続され且つ電子放出材料で被覆されている低圧ガス放電ランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低圧ガス放電ランプにおける発光は、電流がランプを流れる際のランプ内の充填ガスの原子のイオン化及びその結果生ずる放電に基づく。ランプの電極により放電子が出され、電極間の電界により大きく加速されるため、これらの電子がガスの原子と衝突するときこれらの原子を励起しイオン化することができる。ガス原子が基底状態に戻り、電子とイオンが再結合するとき、そのポテンシャルエネルギーの一部が放射に変換される。
【０００３】
電極により放出される電子の量は電子に対する電極の仕事関数に依存する。タングステン（電極として一般に使用される金属）は比較的高い仕事関数を有する。このため、電極金属は、通常、電極金属の電子放出特性を改善する材料で被覆される。ガス放電ランプの電極用の電子放出被覆材料は、アルカリ土類金属をアルカリ土類金属の酸化物の形又はアルカリ土類金属の酸化物の先駆物質の形（該先駆物質はアルカリ土類金属を含む）で含有することを特徴とする。一般に、慣例の種類の低圧ガス放電ランプには、アルカリ土類金属(カルシウム、ストロンチウム及びバリウム)の酸化物を含有する電子放出被覆を有するタングステンワイヤからなる電極が設けられている。
【０００４】
この種の電極を製造するために、通常タングステンワイヤをバインダ調製されたアルカリ土類金属の炭酸塩で被覆する。ランプの排気及び焼成処理中に、炭酸塩は約１０００℃の温度で酸化物に変換される。この「バーンオフ」後に、電極は既にかなりの放出電流を示すが、まだ不安定である。一般に活性化処理も続ける。活性化処理はアルカリ土類酸化物の本来非導電性のイオン格子を電子半導体に変換する。この過程中に、ドナー型の不純物が酸化物の結晶格子内に組み込まれる。これらの不純物は本質的に元素アルカリ土類金属、例えばカルシウム、ストロンチウム又はバリウムを含む。この種の電極の電子放出はこの不純物メカニズムに基づく。活性化処理の目的は、適度の量の過剰元素アルカリ土類金属を生成して電子放出被覆内の酸化物が規定の加熱力において最大の放出電流を発生しうるようにすることにある。
【０００５】
このような電極の動作及びランプの寿命に重要なことは、絶えず新鮮なアルカリ土類元素金属の補充を必要とすることである。電極被覆は、そのいくらかがゆっくり蒸発するとともにランプ内のイオン電流によりスパッタされるために、実際にはランプ寿命中に絶えずアルカリ土類金属を失い続ける。
【０００６】
ランプを点灯している間、最初はタングステンワイヤ上のアルカリ土類金属酸化物の減少の結果として元素アルカリ土類金属の一定の再供給が行われる。しかし、その間に、タングステンワイヤがタングステン酸化物、アルカリ土類ケイ酸塩又はアルカリ土類タングステン酸塩の高抵抗界面により不活性化されるとき、この再供給は停止する。
【０００７】
ＥＰ１１０４９３３はこれを克服することを試みている。ＥＰ１１０４９３３は、タングステン及びタングステン含有合金を含む郡から選ばれる電極金属からなる支持体と、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム及び酸化バリウムを含む郡から選ばれるアルカリ土類金属酸化物と０．１〜１重量０％の量の酸化スカンジウム、酸化イットリウム及び酸化ユウロピウムを含む群から選ばれる希土類金属酸化物を含む第１電子放出材料の第１の被覆とを備える電極が設けられたガス放電ランプを記載している。
【０００８】
しかし、電極金属がオーバヒートすると、バリウムがわずかに蒸発し、従って電極がその電子放出能力を失う欠点がある。
【０００９】
従って、本発明の目的は、延長した寿命と改良された放出電流を有する低圧ガス放電ランプを提供することにある。
【００１０】
この目的を達成するために、本発明の低圧ガス放電ランプは、ガス充填物を含む気密放電容器と、放電容器内にガス放電を維持するための電極と、ガス放電を開始させ維持するための手段とを備え、前記電極の少なくとも一つは、放電容器内に配置され、且つ第１の電気陰性度を有する第１の耐熱金属材料からなるコアと、これを取り巻く第２の電気陰性度を有する第２の耐熱金属材料からなる包囲巻線と、前記コアと前記巻線との間に配置された電子放出材料の被覆と、給電線とを有するコイルを備えることを特徴とする。
【００１１】
コイルのコア及びこれを取り巻く巻線が異なる電気陰性度を有する耐熱金属材料からなるため、コイルの２つの機能、即ち電流を伝導する機能及び電子放出被覆を連続的に還元する機能が互いに分離される。還元は低い電気陰性度の材料において行うのが好ましい。２つのプロセスの分離の結果として、電子放出メカニズムをより良好に最適化することができるとともに、全体として電子放出物質の有効利用が得られる。
【００１２】
本発明の一実施例では、前記コアは高い電気陰性度を有する第１の耐熱材料からなり、前記包囲巻線は低い電気陰性度を有する第２の耐熱材料からなるものとする。
【００１３】
前記コアは、タングステン及びジルコニウム、ハフニウム、チタニウム、イットリウム、スカンジウム、ランタン又はランタノイドと合金されたタングステンの合金を含む群から選ばれる高い電気陰性度を有する第１の耐熱材料からなり、前記包囲巻線は、ジルコニウム、ハフニウム、チタニウム、イットリウム、スカンジウム、ランタン又はランタノイドを含む群から選ばれる低い電気陰性度を有する第２の耐熱材料からなるものとするのが特に好ましい。
【００１４】
この実施例は、低いランプ電流（ガス放電電流）を有する低圧ガス放電ランプに特に好適である。このようなランプでは電極温度も低い。低い電気陰性度を有する材料の使用は低い温度でも還元反応を促進し、電子放出被覆からの不要の成分蒸発を防止する。
【００１５】
本発明による低いガス放電電流を有する低圧ガス放電ランプの特に好適な実施例では、前記包囲巻線はジルコニウムを含有し、前記電子放出材料はバリウム及びストロンチウムを含有するものとする。この実施例では、電子放出被膜はカルシウム含有エミッタを含まないものとするのが好ましい。
【００１６】
本発明の他の実施例では、前記コアは低い電気陰性度を有する第１の耐熱材料からなり、前記包囲巻線は高い電気陰性度を有する第２の耐熱材料からなるものとする。
【００１７】
前記コアは、タングステン及びジルコニウム、ハフニウム、チタニウム、イットリウム、スカンジウム、ランタン又はランタノイドと合金されたタングステンの合金を含む群から選ばれる低い電気陰性度を有する第１の耐熱材料からなり、前記包囲巻線は、レニウム、コバルト、ニッケル、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム及びプラチナ含む群から選ばれる高い電気陰性度を有する第２の耐熱材料からなるものとするのが好ましい。
【００１８】
この実施例は、高いランプ電流（ガス放電電流）を有する低圧ガス放電ランプに特に好適である。このようなランプでは電極温度も高い。高い電気陰性度を有する材料の使用は過度の還元反応を抑える。
【００１９】
本発明の他の実施例では、電子放出材料の被膜はポリメリックマルチプルバリウムタングステン酸塩を含有するものとする。この実施例は低圧ガス放電ランプの簡単化された活性化及び改良された電子放出をもたらす。
【００２０】
本発明は、電極にも関するものであり、該電極は、第１の電気陰性度を有する第１の耐熱金属材料からなるコアと、これを取り巻く第２の電気陰性度を有する第２の耐熱金属材料からなる包囲巻線と、前記コアと前記巻線との間に配置された電子放出材料の被覆と、給電線とを有するコイルを備える。
【００２１】
本発明のこれらの特徴及び他の特徴は以下に記載する実施例を参照すると明らかになる。
【００２２】
図１は、一例として、低圧ガス放電ランプ２を支持するハウジング１を有するコンパクト低圧ガス放電ランプを示す。ハウジングは接点３ａ，３ｂを有する口金３も支持する。イグニション装置４もハウジング内に収容される。イグニション装置４は接点３ａ，３ｂに接続される。ランプは更に始動点灯手段、例えばチョーク及びスタータを備える。
【００２３】
低圧ガス放電ランプは、気密封止部で封止されたガス放電容器５を有する。
ガス放電容器の内面には蛍光体の層５’が設けられ、その化学的組成により光のスペクトル又は色が決まる。ガス放電容器は、イオン化可能なガス充填物、通常アルゴンの不活性ガス充填物を少量の水銀又は水銀蒸気と一緒に含有し、点灯状態の下で水銀又は水銀蒸気が励起され、紫外域内の２５３．７ｎｍ波長でＨｇ共鳴線を放出する。放出されたＵＶ放射は蛍光体層内の蛍光体を励起して可視域内の光を放出する。
【００２４】
本発明のガス放電ランプは、更に、ガス放電容器内に電気放電を維持するための電子放出電極６ａ，６ｂを備える。
電極６ａ，６ｂの少なくとも一つはガス放電容器５の内部に配置される。図１の実施例では、両電極がＵ字形ガス放電容器の２つの端部５０ａ，５０ｂにおいてガス放電容器の内部に配置される。
電極６ａ，６ｂは給電線７ａ，７ａ’，７ａ，７ｂ’に電気的に接続されたそれぞれのコイル６０ａ，６０ｂを備える。
【００２５】
図２は電極の一つ６ａを詳細に示す。他方の電極６ｂも同一の構成である。電極６ａのコイル６０ａは、包囲巻線として、一次螺旋に巻かれたワイヤからなる二次螺旋の５７ターンからなる三次螺旋の３ターンを有する。包囲巻線の中心の空間は太いコアワイヤ（図示せず）で満たされる。端領域６２ａ，６３ａと端領域６２ａ’，６３ａ’との間に、コイル６０は二次螺旋の４５ターンで占められた中心領域６１ａを有する。中心領域は電子放出材料で被覆される。コイル６ａは給電線７ａ，７ａ’の端部でループ７０ａ，７０ａ’に取り付けられる。
【００２６】
本発明の電極は一般にコアと包囲巻線を備える。
コアは、ワイヤ、コイル、螺旋、波型ワイヤ、チューブ、リング、プレート又はストリップの形態とすることができる。
【００２７】
コアを取り巻く巻線は、１以上のワイヤ（かご網ワイヤ）からなるものとすることができる。複数のワイヤを撚り合わせて包囲巻線用の撚り合わせ導体にすることもできる。最初にコアワイヤの回りに複数のワイヤをハイピッチで巻きつけ、次いでその全体の周囲に別の包囲巻線を小配置間隔で配置してなる電極も既知である。
【００２８】
撚り合わせワイヤをコアとして有し、その外側に追加の巻線が設けられた電極もすでに生産されている。
【００２９】
包囲巻線の個々のワイヤを互いの回りにループにするだけで撚り合わせ導体に接続しないで実際に編組した電極の形態も公知である。編組においては、外側層の個々のワイヤをコアの周囲を一方向にのみ通過させないでコアの周囲を一方向と他の方向に交互に通過させるか、さもなければ、複数の個々のワイヤを最初に編組して標準ワイヤを形成し、次いで標準ワイヤをコアの周囲に編組により、即ち時計方向及び反時計方向に交互に巻きつけている。
【００３０】
撚り合わせ導体に撚り合わされたワイヤからなる電極も既知であり、この電極は、最初に、コアワイヤと同一直径の６つの個別ワイヤの第１レイとを備える閉じた撚り合わせ導体の形態で生産され、後でこれらのワイヤのいくつかを化学的に分解する。従って、これらのいくつかのワイヤは他のものと異なる材料からなる。
【００３１】
コアワイヤは必ずしも内部に維持する必要があるわけでなく、実際にはワイヤと互いに位置を変えることができる。
【００３２】
電極に使用することができる耐熱金属材料は、良い導電率及び良い仕事関数によってのみならず、電気陰性度によっても決定される。
【００３３】
耐熱金属材料のコイルのコアは、通常、タングステン又は必要に応じモリブデンの中心を有するタングステン合金で形成される。好ましい合金は、タングステンに０．０１〜１重量％のハフニウム、ジルコニウム又はチタニウムを添加して得られる合金である。これらの添加元素は還元剤として作用し、高融点金属材料の還元作用を更に増大する。高い電気陰性度を有する第１の耐熱材料からなるコアは、タングステン及びジルコニウム、ハフニウム、チタニウム、イットリウム、スカンジウム、ランタン又はランタノイドと合金されたタングステンの合金を含む群から選択するのが特に好ましい。
【００３４】
本発明の一実施例では、耐熱金属材料のコイルを取り囲む巻線は、ジルコニウム、ハフニウム、チタニウム、イットリウム、スカンジウム、ランタン又はランタノイドを含む群から選ばれる低い電気陰性度を有する第２の耐熱材料からなるものとする。この実施例は低いランプ電流を有するランプに特に好適である。
【００３５】
本発明の他の実施例では、耐熱金属材料のコイルを取り囲む巻線は、レニウム、コバルト、ニッケル、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム及びプラチナを含む群から選ばれる高い電気陰性度を有する第２の耐熱材料からなるものとする。
【００３６】
本発明の一実施例では、耐熱金属材料は、基体の上にレニウム、コバルト、ニッケル、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム及びプラチナ含む群から選ばれる貴金属の被覆が設けられたものとすることができる。この被覆は０．１〜１．２μｍの厚さのイリジウム又はレニウムの層からなるものとするのが好ましい。
【００３７】
本発明による包囲巻線の個々のワイヤは全て同一の材料、例えばタングステンからなるものとすることができる。しかし、特定の目的のために他の材料の個々のワイヤを組み込むこともでき、例えばタンタル、ジルコニウム、又は他の金属のワイヤを所定数のタングステンワイヤとともに巻線に組み込むこともできる。
【００３８】
コアと包囲巻線の間には、一般に、連続空隙を形成して電子放出材料の被覆の付着をよくする。
【００３９】
電子放出物質の原材料の最初の被覆をコイルのコアと包囲巻線との間に被着する。この被覆の原材料を生成するために、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムを含む群から選ばれるアルカリ土類金属の炭酸塩を酸化スカンジウム、酸化イットリウム及び酸化ユウロピウムを含む群から選ばれる希土類金属の酸化物と０．１〜１０．０重量％の割合で混合する。炭酸カルシウム対炭酸ストロンチウム対炭酸バリウムの割合は代表的には１：１．２５：６又は１：１２：２２又は１：１．５：２．５又は１：４：６である。
【００４０】
また、アルカリ土類金属硝酸塩の溶液に希土類金属の水溶性化合物を加え、次いで炭酸ナトリウムを加えてアルカリ土類金属炭酸塩と希土類金属を沈殿させることによりアルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物の混合物を生成してもよい。
【００４１】
電子放出材料は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化セリウム及び酸化ランタンを含む２元酸化物の群から選ばれる他の成分を含有してもよい。
【００４２】
電子放出材料は、Ｂａ３ＷＯ６，Ｂａ２ＣａＷＯ６，ＢａＹ２Ｏ４，Ｂａ４Ｔａ２Ｏ９，Ｂａ２ＴｉＯ４及びＢａＺｒＯ３を含む３元及び４元酸化物の群から選ばれる他の成分を含有してもよい。
【００４３】
エミッタ材料はこれらの他の成分によって一層均一に分散されるとともに、これらの他の成分によって一層均一に還元されるものとし得る。
【００４４】
電子放出材料は、アルミニウム、シリコン、チタニウム、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル、モリブデン、タングステン及びこれらとレニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム及びプラチナとの合金を含む群から選ばれる金属の粉末が加えられたものとしてもよく、この粉末金属にはイリジウム、レニウム、ロジウム、プラチナ、パラジウム、ニッケル又はコバルトの粉末被覆が設けられる。２−３μｍの平均粒度及び０．１−０．２μｍ厚さの粉末被覆を有する粉末金属を使用するのが好適である。粉末被覆プロセスとしてＣＶＤプロセス又は流動層ＣＶＤプロセッサを使用することができる。この被覆粉末金属を原材料に加える。
【００４５】
原材料はバインダと混合してもよい。原材料ははけ塗り、浸漬、電気泳動堆積又は噴き付けにより基体に塗布してよい。
【００４６】
予め製造した電極をランプの端部に融着する。電極はランプの排気及び充填中にシーズニングされる。電極ワイヤは直接通電により１０００℃から１２００℃の温度に加熱する。この温度では、アルカリ土類炭酸塩はＣＯ及びＣＯ２を開放しながらアルカリ土類酸化物に変換され、多孔性焼結体になる。電極のこの「バーンオフ」後に、活性化を行う。その目的は酸化物に組み込まれる過剰元素バリウムを生成するためである。過剰バリウムはバリウム酸化物の還元により生成される。還元活性化プロパーでは、バリウム酸化物が開放されたＣＯにより又は基体金属により還元される。これに加えて、電流活性化があり、これは高温度での電解プロセスによって所要の自由バリウムを生成することができる。
【００４７】
本発明の他の実施例では、電子放出材料の被覆は自由バリウムのサプライヤとしてポリメリックタングステン酸塩陰イオン(polymeric tungstate anion)を有するバリウムの３元塩、４元塩、５元塩又は一般的に多元塩を含有するものとする。
【００４８】
これらのポリメリックタングステン酸塩は、陰イオンがタングステンのモノオキソ、イソポリオキソ又はヘテロポリオキソ酸のものであること及びチタンジルコニウム、ハフニウム、タンタル、イットリウム及びセシウムを含む系からの元素がヘテロポリオキソ酸内のヘテロ原子として作用することにより特徴付けられる。
【００４９】
本発明における塩の陰イオンは種々の構造及び原子価を有する。これらの塩の構造はｐＨに極めて大きく依存する。アルカリ性溶液では本質的にモノオキソ陰イオンが存在するが、ｐＨが下がるにつれてこれらの陰イオンは凝集してイソポリオキソ陰イオンになる。種々の構造の複数の陰イオンをポリメリック塩に存在させることもできる。
【００５０】
バリウムと同様に、タングステンも陽イオンとしてカドミウム及びマグネシウムを含む群から選ばれる１以上の他のアルカリ土類金属を含有することができる。
この実施例によれば、アルカリ土類金属炭酸塩の２元アルカリ土類金属酸化物への熱的破壊がランプの活性化中省略される。
ランプの点灯中、電子放出材料は電極のホットスポットにおけるイオン衝撃の下でゆっくり蒸発する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】コンパクト低圧ガス放電ランプの一例を示す図である。
【図２】電極を詳細に示す図である。
【図１】
2005533350.tif 000003
【図２】
2005533350.tif 000004
【国際調査報告】
2005533350.tif 000005
2005533350.tif 000006
2005533350.tif 000007