JPH06150881A - 放電ランプ用電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エミッタの固着強度が向上し、イオン衝撃に
強く、エミッタが欠落しにくいため、長寿命であり、し
かも、熱電子放射の電流密度が高く、ランプの高出力化
を達成することのできる放電ランプ用電極を提供する。 【構成】 金属線１の周囲に酸化アルミニウム層２が形
成されていて、この酸化アルミニウム層２の表面にエミ
ッタ物質３が付着しているとともに、酸化アルミニウム
層２の表面がウィスカー状２ａになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、螢光ランプ等の放電
ランプに使用される電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、螢光ランプ等の放電ランプに使用
される電極（熱電子放射陰極）としては、タングステン
等の金属線にエミッタ物質を付着してなる電極が知られ
ている。このような電極は、スラリー状のアルカリ土類
金属（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）の炭酸塩を金属線に塗布し、
真空中または不活性ガス雰囲気中で加熱して活性化処理
を行うことにより製造されている。アルカリ土類金属の
炭酸塩は活性化処理により酸化物となり、この酸化物が
電極表面の仕事関数を下げてエミッタ（熱電子放射物
質）の役目をするとされている。

【０００３】上記従来の放電ランプ用電極については、
長寿命化することが望まれている。放電ランプ用電極で
ある熱電子放射陰極は、エミッタが消失することにより
寿命となることが知られている。エミッタ消失の原因と
しては、大きくは２つの原因がある。すなわち、ラン
プ点灯時に陰極がイオン衝撃を受けて欠落するためと、
エミッタが蒸発するためである。従来の放電ランプで
は、電極とした金属線（以下、フィラメントと記すこと
がある）へのエミッタの固着強度が充分でなく、そのた
め、イオン衝撃によりエミッタが欠落しやすい問題点が
あり、長寿命化のためには、エミッタの固着強度を向上
させることが求められている。また、エミッタの蒸発し
やすさはエミッタ物質の性質により決まるので、エミッ
タの蒸発を防止して電極の長寿命化を達成するには蒸発
のしにくいエミッタ物質が求められているが、このよう
なエミッタ物質は未だ明確になっていないのが現状であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、ランプの高出
力、高効率化を図るための研究開発が行われている。高
出力を達成するためには電極から大電流の電子放射がさ
れることが必要であり、電極から大電流を得、かつ、高
効率化するためにはランプ電圧を高くすることが必要で
ある。しかし、ランプ電圧を高くすると、電極に対する
イオン衝撃が大きくなってエミッタの欠落が増加するた
め、ランプの寿命が短くなる。

【０００５】そこで、この発明は、エミッタの固着強度
が向上し、イオン衝撃に強く、エミッタが欠落しにくい
ため、長寿命であり、しかも、熱電子放射の電流密度が
高く、ランプの高出力化を達成することのできる放電ラ
ンプ用電極を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、発明者らは、種々検討を重ねた結果、最近になっ
て、図２にみるような放電ランプ用電極を開発した。こ
の放電ランプ用電極は、金属線１の周囲に酸化アルミニ
ウム層２が形成されていて、この酸化アルミニウム層２
の表面にエミッタ物質３が付着している構造を有する。
この放電ランプ用電極は、エミッタ物質３と金属線１と
の間に酸化アルミニウム層２が存在するため、エミッタ
物質が金属線に直接付着している前記従来品に比べて、
金属線に対するエミッタ物質の固着強度が向上し、耐イ
オン衝撃性が増してエミッタが欠落しにくくなっている
ので、寿命が長くなっている。しかし、その後の検討の
結果、この放電ランプ用電極は、熱電子放射の電流密度
が充分でないという問題が新たに生じた。この新たな問
題を解消するため、発明者らはさらに検討を重ねた結
果、上記放電ランプ用電極の熱電子放射の電流密度が充
分でない原因は、エミッタ物質を付着させる酸化アルミ
ニウム層の表面が平坦なためであると考えた。酸化アル
ミニウム層の表面が平坦な電極では、電極の表面積が充
分でなく、そのため、熱電子放射面積が充分でないから
である。そこで、図１にみるように、エミッタ物質３を
付着させる酸化アルミニウム層２の表面をウィスカー状
２ａにしたところ、酸化アルミニウム層の表面が平坦な
場合に比べて、電極の表面積が大きくなり、熱電子放射
面積が増加して熱電子放射の電流密度が高くなることを
実験で確認した。さらに、酸化アルミニウム層のウィス
カー状表面にエミッタ物質を付着させた図１にみるよう
な電極は、平坦な酸化アルミニウム層表面にエミッタ物
質を付着させた図２にみるような電極に比べて、エミッ
タ物質の固着力が３次元的に強化されて寿命がさらに長
くなることも実験で確認して、この発明を完成した。

【０００７】したがって、この発明にかかる放電ランプ
用電極は、金属線の周囲に酸化アルミニウム層が形成さ
れていて、この酸化アルミニウム層の表面にエミッタ物
質が付着している構造を有する放電ランプ用電極であっ
て、前記酸化アルミニウム層の表面がウィスカー状にな
っていることを特徴とするものである。この発明で用い
られる金属線としては、特に限定はされないが、たとえ
ば、鉄−クロム−アルミニウムの合金線などが挙げられ
る。鉄−クロム−アルミニウムの合金線を金属線として
使用した場合、下記 (1)〜(3) の利点がある。

【０００８】(1) 上記合金線は、アルミニウムを含有す
るため、その周囲に酸化アルミニウム層を形成させる
際、後述の方法Ａを適用することができる。 (2) 上記合金線の、室温と高温とでの比抵抗の変化が少
ないため、ランプを点灯した時に電流値が安定するまで
に要する時間が短くてすむ。 (3) 上記合金線は高温時の比抵抗が高いという性質を有
するため、ランプ点灯中に電極を加熱しておくための電
流量が少なくてすみ、点灯回路の負担を小さくすること
ができる。

【０００９】鉄−クロム−アルミニウムの合金線として
は、一般にヒーター線として利用されているものを使用
することができる。その例としては、特に限定されるわ
けではないが、カンタル・ガデリウス社より発売されて
いるカンタル線（商標）、リケン社より発売されている
パイロマックス線（商標）などが挙げられる。鉄−クロ
ム−アルミニウムの合金線の組成については、特に限定
されるわけではないが、クロムが１０〜３０重量％、ア
ルミニウムが１〜１０重量％、残部が鉄であることが好
ましい。各金属元素の含有量が上記範囲を外れると、下
記のように不具合が生じるからである。アルミニウムの
含有量が１重量％より少ないと、後述の方法Ａにより所
望の効果を有する酸化アルミニウム層を形成させること
が困難になる。クロムの含有量が１０重量％より少ない
と、上記合金線の母相がオーステナイト相となり、アル
ミニウムの固溶量が増えるため、酸化アルミニウム層の
形成が困難になる。また、アルミニウム、クロムの各含
有量がそれぞれ１０重量％、３０重量％より多いと、金
属線の機械加工性が悪くなるためフィラメント加工が困
難になるとともに、金属線が脆くなりやすい。

【００１０】金属線の周囲に酸化アルミニウム層を、こ
の酸化アルミニウム層の表面がウィスカー状になるよう
に形成させる方法としては、特に限定はされないが、た
とえば、アルミニウムを含有する金属線を、酸素分圧
０．７５Torr以下の低酸素雰囲気中で８７５〜９２５℃
で短時間（たとえば、約１分間）加熱した後、大気圧の
空気雰囲気中で８７０〜９３０℃で長時間加熱する２段
階熱処理方法（以下、この方法を「方法Ａ」と称する）
などが挙げられる。

【００１１】上記方法Ａについて説明する。この方法Ａ
は、アルミニウムを含有する金属線を高温の含酸素雰囲
気中におき、固溶したアルミニウムが金属線の表面で酸
化物として析出する現象を利用して、金属線の周囲に酸
化アルミニウム層を形成させる方法である。ただし、含
酸素雰囲気中での金属線の熱処理は、形成される酸化ア
ルミニウム層の表面をウィスカー状にするために、上述
のように２段階で行う。もしも、金属線を大気圧の空気
雰囲気中で８７０〜９３０℃で長時間加熱する１段階だ
けの熱処理を行った場合は、金属線の周囲に形成される
酸化アルミニウム層の表面がウィスカー状にならず平坦
になってしまい、所望の効果を得ることができなくな
る。方法Ａを適用できる金属線としては、アルミニウム
を含有するとともに、固溶したアルミニウムが他の構成
元素よりも拡散が速いものが好ましい。このような金属
線としては、たとえば、前述した鉄−クロム−アルミニ
ウムの合金線などが挙げられる。

【００１２】この発明で用いられるエミッタ物質として
は、特に限定はされないが、たとえば、アルカリ土類金
属（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａなど）の酸化物などが挙げられ
る。エミッタ物質を付着させる方法としては、特に限定
はされないが、たとえば、従来の放電ランプ用電極の場
合と同様の方法を採用することができる。具体的には、
たとえば、前述の方法により酸化アルミニウム層を形成
させた金属線に、スラリー状のアルカリ土類金属（Ｂ
ａ、Ｓｒ、Ｃａなど）の炭酸塩を塗布し、真空中または
Ａｒ等の不活性ガス雰囲気中で加熱して活性化処理を行
う方法などが挙げられる。このような活性化処理を行う
ことにより、アルカリ土類金属の炭酸塩が酸化物とな
り、この酸化物が電極表面の仕事関数を下げてエミッタ
（熱電子放射物質）の役目をするとともに、このエミッ
タ物質である酸化物が、ウィスカー状の酸化アルミニウ
ムと反応して酸化アルミニウムとの複合酸化物を３次元
的に形成することにより、エミッタの固着強度がより向
上する。上記の活性化処理の条件としては、特に限定は
されないが、たとえば、真空中または不活性ガス雰囲気
中で８００〜１３００℃で、できる限り短時間に加熱を
行うことが好ましい。この条件下で処理を行った場合、
エミッタの固着強度および熱電子放射量をより向上させ
ることができるからである。

【００１３】

【作用】金属線の周囲に酸化アルミニウム層を形成さ
せ、この酸化アルミニウム層の表面にエミッタ物質を付
着させるようにすると、金属線にエミッタ物質を直接付
着させた場合に比べて、電極の寿命が長くなる。これ
は、金属線とエミッタ物質との間に酸化アルミニウムが
存在することにより、金属線へのエミッタの固着強度が
向上してエミッタの耐イオン衝撃性が高くなり、エミッ
タが欠落しにくくなるからである。

【００１４】また、この発明では、エミッタ物質を付着
させる酸化アルミニウム層の表面をウィスカー状にして
いる。すると、同表面が平坦な場合に比べて、下記〜
の性能が向上する。 金属線へのエミッタの固着強度が３次元的に強化さ
れてエミッタの耐イオン衝撃性がさらに高くなり、エミ
ッタがより欠落しにくくなるので、電極の寿命がさらに
長くなる。

【００１５】 電極の表面積が増加して熱電子の放射
面積が大きくなり、熱電子放射の電流密度が高くなるた
め、ランプの高出力化を達成することが可能になる。 上記のように熱電子放射の電流密度が高くなるた
め、所定の電流値を出すにあたって電極を小さくしたり
電極温度を低くしたりすることが可能になる。電極温度
を低くした場合は、電極の寿命がさらに長くなる。

【００１６】

【実施例】次に、この発明の実施態様を説明する。図１
は、この発明にかかる放電ランプ用電極の一実施態様を
表す。図にみるように、この放電ランプ用電極は、金属
線１の周囲に酸化アルミニウム層２が形成されていて、
この酸化アルミニウム層２の表面にエミッタ物質３が付
着している構造を有する。酸化アルミニウム層２の表面
はウィスカー状２ａになっている。

【００１７】次に、この発明のより具体的な実施例と比
較例を示すが、この発明は下記実施例およびすでに述べ
た実施態様に限定されない。 −実施例− クロムが２２重量％、アルミニウムが４．８重量％およ
び残部が鉄である組成を有し、線径が５０μｍである鉄
−クロム−アルミニウムの合金線をダブルコイルのフィ
ラメントにした。このダブルコイルの一次巻きは直径３
００μｍ、二次巻きは直径５００μｍであり、フィラメ
ントの全長は２０mmであった。

【００１８】このフィラメントを、０．５Torrの酸素分
圧を有する雰囲気中で９００℃で１分間加熱した後、大
気圧の空気雰囲気中で９００℃で１０時間加熱して焼成
することにより、フィラメントの周囲に、表面がウィス
カー状の酸化アルミニウム皮膜を形成させた。 次に、
表面がウィスカー状の酸化アルミニウム皮膜を有する、
このフィラメントにトリプルカーボネート（ＢａＣ
Ｏ₃ 、ＣａＣＯ₃ およびＳｒＣＯ₃ ）のスラリーを塗布
した後、フィラメントをランプに組み込んだ。エミッタ
の活性化は、フィラメントの温度が９００℃になるよう
に真空中で通電加熱することにより行い、活性化後、ア
ルゴンガスを封入して、螢光ランプを得た。

【００１９】−比較例１− 実施例において、鉄−クロム−アルミニウムの合金線の
周囲に酸化アルミニウム皮膜を形成させる際、この皮膜
をその表面がウィスカー状になるように形成させる代わ
りに平坦に形成させたこと以外は実施例と同様の操作を
行って、螢光ランプを得た。ただし、酸化アルミニウム
皮膜を平坦に形成させる処理は、実施例と同様の形状の
フィラメントにした鉄−クロム−アルミニウムの合金線
を大気圧の空気雰囲気中で１１５０℃で３０分間焼成す
ることにより行った。

【００２０】−比較例２− 実施例において、鉄−クロム−アルミニウムの合金線の
代わりにタングステン線を用いるとともに、このタング
ステン線の周囲に、酸化アルミニウム皮膜を形成させな
いでエミッタを直接付着させたこと以外は実施例と同様
の操作を行って、螢光ランプを得た。

【００２１】実施例および比較例１〜２で得られた螢光
ランプについて、放電電流２Ａでの連続点灯時間とフィ
ラメント温度を測定した。その結果を表１に示した。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１にみる結果から、実施例の電極は、比
較例１〜２の電極に比べて、下記（ａ）、（ｂ）の点で
優れていることが確認された。 （ａ）ランプの連続点灯時間が長いことから、エミッタ
が欠落しにくい長寿命の電極である。 （ｂ）フィラメント温度が低いことから、熱電子放射の
電流密度が高い電極である。

【００２４】

【発明の効果】この発明にかかる放電ランプ用電極は、
従来品に比べて、エミッタの固着強度が３次元的に向上
し、イオン衝撃に強く、エミッタが欠落しにくい長寿命
のものである。しかも、この放電ランプ用電極は、従来
品に比べて、電極の表面積が増加しているため熱電子放
射の電流密度が高く、ランプの高出力化を達成すること
ができるとともに、上記のように熱電子放射の電流密度
が高いため、所定の電流値を出すにあたって電極を小さ
くしたり電極温度を低くしたりすることができる。電極
温度を低くした場合は、電極の寿命をさらに長くするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる放電ランプ用電極の一実施態
様を表す一部縦断面図である。

【図２】放電ランプ用電極の比較態様を表す一部縦断面
図である。

【符号の説明】

１ 金属線 ２ 酸化アルミニウム層 ２ａ ウィスカー状の酸化アルミニウム ３ エミッタ物質

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属線の周囲に酸化アルミニウム層が形
   成されていて、この酸化アルミニウム層の表面にエミッ
   タ物質が付着している構造を有する放電ランプ用電極で
   あって、前記酸化アルミニウム層の表面がウィスカー状
   になっていることを特徴とする放電ランプ用電極。
2. 【請求項２】 金属線が鉄−クロム−アルミニウムの合
   金線であり、その組成がクロムが１０〜３０重量％、ア
   ルミニウムが１〜１０重量％、残部が鉄である請求項１
   記載の放電ランプ用電極。