(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電子陰極のための電子放出被膜において、
該電子放出被膜は、バリウム、カルシウム、ストロンチウム及びジルコニウムの酸化物と、炭化ケイ素を有しない類似した被膜の電子放出率を越えて被膜の電子放出率を増大させるために有効な量の炭化ケイ素とからなっており、
前記バリウム、カルシウム、ストロンチウム及びジルコニウムの酸化物は、酸化バリウム約４８．１質量％、酸化カルシウム約６．８６質量％、酸化ストロンチウム３８．３６質量％及び酸化ジルコニウム約６．７７質量％からなる第１の材料を形成しかつ前記炭化ケイ素が前記第１の材料の約１０体積％を構成している、
ことを特徴とする電子放出被膜。
【請求項２】
熱電子陰極において、
該熱電子陰極が、バリウム、カルシウム、ストロンチウム及びジルコニウムの酸化物と、炭化ケイ素を有しない類似した被膜の電子放出率を越えて被膜の電子放出率を増大させるために有効な量の炭化ケイ素とからなる電子放出被膜を有し、
前記バリウム、カルシウム、ストロンチウム及びジルコニウムの酸化物が、酸化バリウム約４８．１質量％、酸化カルシウム約６．８６質量％、酸化ストロンチウム３８．３６質量％及び酸化ジルコニウム約６．７７質量％からなる第１の材料を形成しかつ前記炭化ケイ素が前記第１の材料の約１０体積％を構成している、
ことを特徴とする熱電子陰極。
【請求項３】
タングステンコイル（９）を有し、該タングステンコイル上に前記電子放出被膜が形成されている、請求項２記載の熱電子陰極。
【請求項４】
真空化された電磁エネルギー透過性容器と、前記容器内のアーク発生及び持続媒体と、前記容器内の少なくとも１つの電子放出熱電子陰極とからなるアーク放電ランプにおいて、前記陰極が、バリウム、カルシウム、ストロンチウム及びジルコニウムの酸化物、炭化ケイ素を有しない類似した被膜の電子放出率を越えて被膜の電子放出率を増大させるために有効な量の炭化ケイ素からなる電子放出被膜と、タングステンコイル（９）とを有し、該タングステンコイル上に前記電子放出被膜が形成されており、前記バリウム、カルシウム、ストロンチウム及びジルコニウムの酸化物が、酸化バリウム約４８．１質量％、酸化カルシウム約６．８６質量％、酸化ストロンチウム３８．３６質量％及び酸化ジルコニウム約６．７７質量％からなる第１の材料を形成しかつ前記炭化ケイ素が前記第１の材料の約１０体積％を構成していることを特徴とするアーク放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電子陰極のための電子放出被膜に関する。より詳細には、本発明は、このようなアーク放電ランプのための陰極に関する。なお特に詳細には、本発明は、低下せしめられた仕事関数、従って低下せしめられたランプ始動電圧及び増大せしめられたランプ効率を有する前記のような被膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱電子陰極は、蛍光ランプのようなアーク放電光源を含む、多くの適用において電子源として使用される。長年来、これらの陰極は、電流の通過によって加熱されるタングステン又は類似したコイルの上に被覆された放出物質を使用してきた。放出物質は、バリウム、カルシウム、ストロンチウムの炭酸塩及び場合により酸化ジルコニウムとして施された。この物質は、後でランプ動作中に熱的分解に曝され、それにより炭酸塩はそれぞれの酸化物に分解される。
【０００３】
蛍光ランプの寿命は、第一に陰極被膜の蒸発寿命により決定される。温度の関数としての酸化バリウムの蒸気圧は、次の方程式：ｌｏｇ１０Ｐｍｍ＝−（１９．７００／Ｔ）＋８．８７（ここで、Ｔはケルビンにおける温度である）により表される。蒸発の速度はこのような強度の温度依存性関数であるので、もしろ陰極動作温度における適度の変化はランプ寿命に重大な影響を及ぼすことがある。
【０００４】
この放出物質を、蛍光ランプの場合には付随するランプ効率における増大を伴う低いランプ放電電圧、減少された陰極ホットスポット温度、ランプ始動電圧における低下及び寿命の延長をもたらすなお低い仕事関数を提供するように変化させれば、当該技術における進歩をもたらすことになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の課題は、先行技術の欠点を排除することである。本発明のもう１つの課題は、熱電子陰極の働きを強化することである。
【０００６】
本発明のなお別の課題は、改良された蛍光ランプを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、本発明の１つの態様において、バリウム、カルシウム、ストロンチウム及び場合によりジルコニウムの酸化物と、炭化ケイ素を有しない類似した前記被膜を越えて被膜の電子放出率を増大させるために有効な量の炭化ケイ素とからなる、熱電子陰極のための陰極被膜により解決される。
【０００８】
前記課題は、さらに本発明により、タングステンコイルと、該タングステンコイル上の電子放出被膜とからなる熱電子陰極を提供することにより解決される。該被膜は、バリウム、カルシウム、ストロンチウム及び場合によりジルコニウムの酸化物と、炭化ケイ素を有しない類似した被膜を越えて被膜の放出率を増大させるために有効な量の炭化ケイ素を有する熱電子陰極により解決される。
【０００９】
前記課題は、なおさらに本発明により、真空下された電磁エネルギー透過性容器と、前記容器内のアーク発生及び持続媒体と、前記容器内の少なくとも１つの電子放出熱電子陰極とを有し、前記陰極がその上に炭化ケイ素を含有する電子放出被膜を有するアーク放電ランプにより解決される。
【００１０】
ここに記載した本発明の使用は、それらが使用されるランプのための、仕事関数おける低下、陰極電圧の低下及び長い寿命をもたらす。
【００１１】
【実施例】
本発明を、その別の及びさらなる対象、利点及び機能と共に理解し易くするために、図面を参照して実施例により本発明を詳細に説明する。
【００１２】
大きな特殊性を有する図面を参照すれば、図面には真空化された電磁エネルギー透過性容器１を有する蛍光ランプが示されている。電磁エネルギーは、スペクトルの可視又は不可視部分内の光線を意味しかつ制限無しで紫外線を含む。容器の内面には燐被膜２が施されていてもよい。電極ステム３は容器の端部をシールする。電極ステムはフレア４及びステムプレス（ピンチ）シールを含み、該シールを貫通してリード線６及び７が延びている。これはまた排気管８を有する。有利にはタングステンからなる電極コイル９は、本発明による酸化物ペーストで被覆されている。当該技術において公知のように、ランプが動作すると、アークを発生しかつ持続するために、容器内部に元素水銀又はアマルガム及び適当な雰囲気が設けられている。
【００１３】
一般に、本発明の放出被膜は、二酸化ジルコニウムと一緒にバリウム、カルシウム及びストロンチウムの混合された炭酸塩の懸濁液を形成することにより製造する。該材料を結合剤としてのセルローストリニトレートと一緒にアミルアセテートビヒクル内でミリングする。このようにして形成した陰極被膜懸濁液を、次いでタングステンコイルに塗布する。
【００１４】
特別の実施例においては、１３ワットのツインチューブ蛍光ランプのタングステンコイルに塗布する。平均乾燥被膜重量は１．５０ｍｇである。ランプ処理中の熱分解に曝した後に、炭酸塩はそれぞれの酸化物に分解される。最終結果の放出性酸化物被膜の組成は、酸化バリウム４８．１質量％、酸化ストロンチウム３８．３６質量％、酸化カルシウム６．８６質量％及び酸化ジルコニウム６．７７であった。
【００１５】
試験ランプを、一定量の前記被膜懸濁液を用いかつそれにベータ結晶構造を有しかつ１ミクロンの粒子寸法を有する粉末化した被膜懸濁液を添加することにより製造した。添加したＳｉＣの量は、最終酸化物被膜の１０体積％になるようにした。試験ランプと対照ランプを同一にかつ同じ日に処理した。試験ランプ上の乾燥した被膜の平均は、１．３６ｍｇであった。
【００１６】
試験ランプと対照ランプを標準寿命ラック上で２０時間動作させかつ測光分析した。試験寸法は小さかったにもかかわらず、ランプ電圧及び効率は、標準スチューデントｔ検定により９５％の信頼水準で統計的に有意であることが判明した。結果は、第１表に示されている。
【００１７】
【表１】
0004681202.tif 000002
【００１８】
“ゼロアワー（ZERO HOUR）”ランプ放電電圧試験
付加的に、第１表における試験のために使用したと同じ変性した及び変性しない陰極被膜懸濁液を使用して、１３ワットのツインチューブタイプの試験ランプ及び対照ランプを製造した。これらの検査ランプのための平均乾燥被膜重量は、それぞれ対照２．６ｍｇ及び試験２．５ｍｇであった。次いで、処理後に、水銀を配分するために、ランプを１２０℃の炉内に数分間入れた。次いで、６０Ｈｚの瞬間始動磁気バラストで１分間作動させた後に、ランプ放電電圧を測定した。小さい試験寸法にもかかわらず、スチューデントｔ検定は、０．００１未満の誤差の推定確率をもって、統計的に有意である結果を示した。結果は、第２表に示されている。
【００１９】
【表２】
0004681202.tif 000003
【００２０】
“ゼロアワー（ZERO HOUR）”ランプ始動電圧試験
前記第２表に示した試験ランプの始動電圧を、バリアック（Variac）から市販の瞬時始動磁気バラストを使用して６０Ｈｚで測定した。ランプにおいて放電を開始させるために必要とされる最低電圧を、徐々に立ち上げられるバラストへの入力電圧として測定した。この場合も、結果は０．００１未満の誤差の推定確率をもって、統計的に有意であるである結果を示した。結果は、第３表に示されている。
【００２１】
【表３】
0004681202.tif 000004
【００２２】
陰極被膜内の炭化ケイ素の異なる濃度の効果を評価するために、第４表に示されているように炭化ケイ素を添加して、若干の変性した試験バッチを製造した。
【００２３】
【表４】
0004681202.tif 000005
【００２４】
分解後の酸化物の質量％としての対照陰極被膜の組成は、ほぼ酸化バリウム５７．５、酸化ストロンチウム２８．５、酸化カルシウム１５．０及び二酸化ジルコニウム５．０であった。対照懸濁液の非揮発性成分の含量は、６６％であった。
【００２５】
試験と対象の両者のために使用したランプは、シルバニア（Sylvania）から入手される２６ワットのデュラックス（Dulux）Ｄ／Ｅランプでありかつ第４表に列記した懸濁液から製造されていた。該ランプを寿命試験ラックで動作させ、かつ各群から５つを１００時間と２００時間で第５表に示されているように測光分析した。
【００２６】
【表５】
0004681202.tif 000006
【００２７】
対照群に対する試験群結果の一元配置のＡＮＯＶＡ統計的分析を０．０５水準で実施した。これらの０．０５水準で統計的有意性を示す試験結果には、星印を付した。これらの試験組み分けにおけるこれらの結果は、陰極被膜に対する炭化ケイ素の添加から明らかな利点を示す。
【００２８】
陰極ホットスポット温度試験Ｎｏ．１
同時に第５表に示されているような陰極懸濁液を使用して、前記と同じタイプ（即ち２６ワットのデュラックスＤ／Ｅ）の試験及び対照ランプを付加的に製造した。動作中の陰極の観察を可能にするために、ランプ端部にクリアな燐不在の領域を有する後者のランプを製造した。次いで、これらを寿命試験ラックで３００時間動作させた。次いで、各陰極上のホットスポットの温度を、ランプを磁気バラストから６０Ｈｚで駆動させながら、マイクロ・オプチカル・パイロメータを用いて測定した。試験群陰極被膜の同一性は、第５表に示された前記試験に一致する。一元配置のＡＮＯＶＡによって表示されるように、陰極ホットスポット温度の有意性対対照群の有意性は、再び星印によって示されている。群１及び３は０．０５水準で、群５は０．００１水準でかつ群６は０．０２水準で有意である。再び、使用した小さい試験群にもかかわらず、高い統計的有意性が示されている。これらの結果は第６表に示されている。
【００２９】
【表６】
0004681202.tif 000007
【００３０】
陰極ホットスポット試験Ｎｏ．２
第２の陰極ホットスポット試験を、類似した２６ワットのデュラックスＤ／Ｅランプを用いて実施した。この際には、異なったタングステンコイル並びに４．５及び３．０トルのアルゴン緩衝ガス圧を使用した。炭化ケイ素の中間水準を有する陰極被膜、即ちバッチ２及び６を対照被膜Ｎｏ．４に対して比較した。１５０時間の動作後に、前記のようにしてホットスポット温度を測定した。この試験における小さい試験群寸法及び結果として生じる比較的大きな標準偏差は、０．０５水準でＡＮＯＶＡによる有意性を示す炭化ケイ素群の１つだけにおいて生じた。これらの結果は、第６表に示されている。
【００３１】
【表７】
0004681202.tif 000008
【００３２】
これらの試験は、混合酸化物陰極被膜に対する炭化ケイ素の添加は、蛍光ランプのような低圧放電デバイスに施すと、延長されたランプ寿命、及びランプ効率を増大する明らかに低下した陰極降下電圧として現れるような、低下したホットスポット温度における利点を提供することが判明した。
【００３３】
さらに、低下した仕事関数は、あらゆる形の熱電子陰極に対する適用性を有し、それによりこれらのデバイスのために長い寿命をもたらすことが判明した。
【００３４】
陰極被膜において使用するための炭化ケイ素の最適なパーセンテージは、適用例毎に最も適当に変動することができる。しかしながら、重要な利点は、存在する酸化物の最終重量に対して、１又は数質量％から４０質量％又はそれ以上までで生じると予測される。
【００３５】
従って、本発明によれば、新規の陰極放出材料、新規の陰極、及び新規の放電ランプ、特に蛍光ランプが提供される。
【００３６】
目下のところ本発明の有利な実施例であると考慮されるべきことを示しかつ説明して来たが、請求項によって定義される本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更及び修正を行うことができることは当業者にとっては自明のことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を使用する蛍光ランプの部分的に破断した概略図である。
【符号の説明】
１  電磁エネルギー透過性容器、  ２  燐被膜、  ３  電極ステム、  ４  フレア、  ５  ステムプレス（ピンチ）シール、  ６及び７  リード線
【図１】
0004681202.tif 000009