JP5645965B2 - 高圧放電ランプ用のセラミック電極 - Google Patents

Description

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。

特許文献１から、ＬａＢ₆からなる電極が公知である。

特許文献２から、ＬａＢ₆で被覆された電極が公知である。

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。

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。

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。

特開昭６４−８６４３９号公報 特開昭６３−１９７５０号公報 米国特許第６２１８０２５号明細書 米国特許第６２３２７１８号明細書 欧州特許出願公開第１２６５２６４号明細書 ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６４９６１号明細書

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。

この課題は、請求項１の特徴事項によって解決される。

特別に有利な実施形態が従属請求項に記載されている。

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。

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。

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。

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。

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。

被膜としては、表２に挙げた他の材料も適している。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特に水銀のない封入物を使用することができる。

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。

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。

これは電極の幾何学的形状の多くの可能性を提供する。

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。

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、（Ｔａ_0.9Ｈｆ_0.1）Ｃのような材料からなる繊維の製造も可能である。

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。

図１は２つの電極を有する放電管を示す。 図２はセラミック頭部を有する電極を示す。 図３は中実体としての電極を示す。 図４は丸みをつけた形の被膜を有する電極を示す。 図５は先の尖った被膜を有する電極を示す。 図５は先の尖った被膜を有する電極を示す。

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。

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。

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。

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Ｔａ_0.9Ｈｆ_0.1Ｃが使用される。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (3)

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。
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。
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。
   
   

Images