JPH06203754A

JPH06203754A - 放電ランプ内への複合電極の固定方法

Info

Publication number: JPH06203754A
Application number: JP5198577A
Authority: JP
Inventors: David Woodward; ウッドワードデヴィッド; Efim Goldburt; ゴールドバートエフィム; Paul Patt; パットポール
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1992-08-10
Filing date: 1993-08-10
Publication date: 1994-07-22
Also published as: CA2103692A1; EP0584859A1

Abstract

(57)【要約】【目的】ガス放電ランプ内への複合放電電極の改良さ
れた固定方法と、改良された冷陰極型および熱陰極型焼
結電極構造とを提供することを目的とする。【構成】複合放電電極を放電ランプ内の金属製導電体
に固定する際に、先ず、複合放電電極を準備するととも
に、金属製導電体を準備し、次いで、前記複合放電電極
を、前記金属製導電体に対し当接させて保持し、次い
で、先ず、前記金属製導電体の表面が融けて前記複合放
電電極を濡らす融解金属溜まりを形成するように、レー
ザー光線の光束を前記金属製導電体の前記複合放電電極
に密に隣接する領域へ向けて照射し、その後、前記融解
金属溜まりが凝固して前記導電体および前記複合放電電
極と融着し、それらの間に溶接接合部を形成するよう
に、前記レーザー光束を取り除く、という手順で、前記
複合放電電極を前記金属製導電体にレーザー溶接するこ
とを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複合放電電極を有す
るガス放電ランプの製造方法に関し、特に、ガス放電ラ
ンプ内に複合放電電極を、電気的に接続し、そして固定
する方法に関するものである。またこの発明は、この発
明の方法に基づき製造した、熱陰極または冷陰極型複合
放電電極を有するランプにも関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】蛍光
灯に関する従来の技術においては、主として二種類の陰
極が用いられており、それらの陰極は共に、ランプの作
動中、アーク放電を維持するための電子源を提供するた
め、それらが電子を放出する温度である「熱電子放出温
度」まで加熱される。かかる二種類の陰極のうちの一種
類は、「熱陰極」と呼ばれ、加熱されたフィラメントと
アーク放電とによってその熱電子放出温度まで加熱さ
れ、またもう一種類の陰極は、「冷陰極」と呼ばれ、専
らアーク放電のみによってその熱電子放出温度まで加熱
される。

【０００３】従来の技術において最も商業的に普及して
いる熱陰極型の電極は、例えば、約800 ℃の温度に加熱
されると容易に熱電子を放出する、バリウム、ストロン
チウムおよびカルシウムの各酸化物の混合物の如き適当
な電子放出材料が表面を被覆するように設けられた、タ
ングステンフィラメントからなる。

【０００４】熱陰極型電極は、「予熱式」および「急速
点灯式」の両方のランプに用いられており、予熱式ラン
プでは、ランプの点灯に先立って、予熱電流により電極
がその熱電子放出温度まで加熱され、熱陰極から放出さ
れる電子のその加熱による豊富な供給が、約 100〜300
ボルトの電圧でのランプの点灯を可能ならしめる。そし
てその予熱電流は、電極間でアーク放電が生じた後は遮
断され、電子の自由な放出のために必要な高温度は、点
灯後はその放電で生ずるイオン衝撃によって維持され
る。また急速点灯式ランプでは、上記予熱電流はランプ
が点灯した後も遮断されず、そのフィラメント電極を通
って流れ続ける。

【０００５】この一方、冷陰極型電極は、「瞬間点灯
式」ランプに用いられており、ランプの点灯を助けるた
めに電子を発生させる予熱電流は使用していない。すな
わち瞬間点灯式ランプは、グロー放電を開始させるため
に、専ら二つの電極間の約 400〜1000ボルトの高い電圧
のみに頼っており、そのグロー放電は、電極のさらなる
加熱をもたらして、アーク放電への殆ど瞬間的な遷移を
生じさせる。

【０００６】主として「瞬間点灯式」ランプに用いられ
ている上記冷陰極は、熱陰極と同様に、電子放出材料で
被覆され、螺旋状に巻かれて横断方向に搭載されたタン
グステンフィラメントを使用しているが、より頑丈な構
造であるとともに、電子放出量が相当多い電子放出材料
を含有している。従来の技術での他の冷陰極は、例え
ば、米国特許第 2,677,623号（クロード等の特許）や、
米国特許第 3,325,281号（エブハードの特許）や、米国
特許第 2,753,615号（クロード等の特許）等で知られる
ように、タングステンフィラメントに代えて、内部が相
当な量の電子放出材料で被覆された金属性の缶もしくは
ホルダーを使用している。

【０００７】フィラメント型の熱陰極を持つ蛍光灯は、
典型的には約10,000〜20,000時間の限られた寿命しか有
していず、その寿命は、フィラメント上を被覆できるの
は限られた量の電子放出材料だけであるという事実およ
び、放電で生ずるイオン衝撃による電子放出材料のフィ
ラメントからの蒸発および飛散に起因して、ランプのワ
ット数によって左右される。そして瞬間点灯式の冷陰極
ランプは、それに対応するワット数の熱陰極ランプと比
べると概ねその半分の寿命しか有していない。というの
は、そのランプの点灯の際のグロー放電からアーク放電
への遷移によるイオン衝撃が、電極からの電子放出材料
の、相当に多量の放出を生じさせるからである。

【０００８】熱陰極あるいは冷陰極用のフィラメント型
電極の問題点は、そのコイル状に巻かれたタングステン
ワイヤー上に設けられる電子放出材料の量の適当な制御
の困難さにある。すなわち、上記フィラメント型電極
は、例えば、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウムおよび
炭酸カルシウムが、酢酸ブチル、ニトロセルロース、ブ
タノールおよび酸化ジルコニウムとともに含まれた液状
混合物中に浸漬され、その浸漬処理されたフィラメント
は、ランプ内への封入後、フィラメントを加熱してその
炭酸塩を酸化物に転化させるために種々のレベルの電流
をそのフィラメントに通す処理を含む、ある処理手順に
従って処理され、この処理の間、ランプ内は同時に、上
記電子放出材料から追い出されたいかなる揮発性物質を
も除去するために吸引される。従って、フィラメントの
長さや重さの小さな差異、上記液状混合物自体やフィラ
メントを被覆したその液状混合物の総量の小さな差異、
そして組み立てライン上での上記処理手順の小さな差異
は、累積されて、仕上がったランプ内の電極上に設けら
れた電子放出材料の実際の量に望ましくない変化を与え
る。それゆえ、ランプの寿命はその電極上に設けられた
電子放出材料の量に極めて影響され易いことから、極め
て狭い寿命分布を有するように多数のランプを製造すべ
くランプの寿命分布を制御することは、極めて困難であ
る。

【０００９】この一方、蛍光灯用の冷陰極や熱陰極とし
て作動させるための、融合されたペレット型の複合放電
電極も種々提案されており、例えば米国特許第 3,766,4
23号（メネリーの特許）は、タングステンをバリウムの
酸化物もしくはバリウム、カルシウムおよびストロンチ
ウムの各酸化物の混合物と混合してなる混合物から熱化
学的焼結法によって形成した熱陰極型電極を提案してい
る。この混合物は、金属製通電部材の周囲に圧着された
後、発熱反応の生ずる温度まで加熱され、そこには、酸
化イットリウムは全く存在しない。またこのようにして
製造された電極は、電極表面での80％の空隙から電極中
央部での10％の空隙まで低下する密度勾配を有してい
る。しかしながらかかる電極は極めてもろく、しかもそ
の高い空隙率ゆえ脱ガスが困難である、といった不都合
な点も明らかになっている。また米国特許第 3,758,809
号（メネリーの特許）は、同様にして形成された「冷陰
極」型複合放電電極であって、その底面から延びる金属
製通電部材を一体的に具えるものを開示しており、その
ペレット型電極は、ペレットの頂部に対し、ペレットの
内部と、外部の底部および側部とに、より高い嵩密度を
持つという、嵩密度勾配のある構造を有している。さら
に、そのペレットの頂部は、ペレット外部の底部および
側部の滑らかな表面と比較して、粗い表面を有してい
る。

【００１０】これに対し、バター等の米国特許第 3,71
8,831号は、熱化学的焼結法によって形成した他の複合
放電電極であって、通電部材を一体的に具えるとともに
嵩密度勾配のある構造を有するものを開示している。す
なわちバター等の特許は、メネリーの上記'809号特許の
冷陰極は、その点灯電圧が僅かな点灯時間の後に急速に
上昇して、規格化された市販の安定器では点灯できなく
なることが明らかになったため、不満足なものであると
述べており、その上昇の原因は、電子放出材料の過度の
放出と、電極の表面から内部領域への電子放出材料の移
動とにあると考えられている。それゆえ、バター等の特
許に基づく電極は、電極の表面から追い出される電子放
出材料の総量を減ずるとともに、この電極での放電の末
端を仕切る電極外表面への電子放出材料の移動を生じさ
せる電界を創出する、円錐状断面の窪みを有している。
しかしながら、このバター等の電極も、入り組んだ複雑
な形状を持つという不都合な点を有している。

【００１１】また、岩谷等の米国特許第 4,808,883号
は、半導体セラミック材料から形成された「冷陰極」型
電極を具える放電ランプを開示しており、このランプ内
の電極は、総量が 0.8モル％になるタングステンのみを
含み、希土類電子放出材料は全く含んでいない。半導体
セラミックスを用い、希土類電子放出材料は用いていな
い他の陰極の構成としては、日本国特許平 1-63253号、
日本国特許平 1-63254号および日本国特許平 1-77857号
に開示されたものが知られている。

【００１２】複合放電電極としてはまた、高圧放電ラン
プ用のものも知られている。例えば米国特許第 4,303,8
48号（清水等の特許）は、高融点金属と、アルカリ希土
類金属もしくはその複合物と、イットリウムとジルコニ
ウムとアルミニウムとからなるグループから選択された
金属の少なくとも一つの酸化物との混合物から形成され
た焼結電極を開示しており、この電極では、電極支持ロ
ッドが一体的に焼結され、この電極の形成の際には、先
ず凝集塊を形成するために基材金属粉が有機結合材と混
合された後、それらが粒状にされる。次いで同様にして
準備された電子放出材料粉がその基材金属粉に混合さ
れ、そしてそれらの混合物が３ton/cm²の圧力で圧縮さ
れる。その後、その圧縮された混合物は、1400〜1600℃
で焼結される前に、有機結合材を放出させるため、ある
期間、より低い温度で加熱される。従って、後に放出さ
せるかかる有機結合材の使用と、開示された圧縮圧力お
よび焼結温度と、60〜180 μm の粒子サイズとのゆえ
に、上記清水等の電極は、10％よりも相当に大きい空隙
率を有するであろう。

【００１３】上述した既知の多くの複合放電電極の問題
点は、各々導電性通電部材を内部に一体的に鋳込まれて
有している点にあり、かかる構造は、電極の圧縮および
焼結を分割式の型内で行うことを必要とするために、ラ
ンプの製造コストを上昇させてしまう。

【００１４】以上述べた従来の技術とその課題に鑑み
て、この発明は、放電ランプ、特には低圧水銀蒸気蛍光
灯内への複合放電電極の改良された固定方法を提供する
ことを目的とし、また、改良された「熱陰極」型焼結電
極構造を有する改良された低圧蛍光放電ランプを提供す
ることをも目的とし、さらに、改良された「冷陰極」型
焼結電極構造を有する改良された瞬間点灯式低圧蛍光放
電ランプを提供することをも目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の方法において
は、複合放電電極が、金属製導電体に対して押し付けら
れるように保持され、次いで、前記複合放電電極を濡ら
す融解金属溜まりを形成するように、レーザー光束が前
記金属製導電体の前記複合放電電極に密に隣接する領域
へ向けて照射され、次いで、前記融解金属溜まりが凝固
して前記導電体および前記複合放電電極と融着するよう
に、前記レーザー光束が取り除かれる。この結果形成さ
れる溶接部は、信頼性の高い電気的接続および物理的接
合をもたらす。

【００１６】この発明の方法によれば、前もって製造さ
れた、通電部材を一体的に有していない複合放電電極
を、低圧水銀蒸気蛍光灯内に一般的に使用されている型
であるリード線型の導電体とともに使用することがで
き、以下にさらに詳述するが、その一体的な通電部材の
除去は、複合放電電極の製造を促進し、またその一般的
なリード線の使用は、ランプ製造過程および電極搭載構
造の最小限の変更で、放電ランプ内への複合放電電極の
使用を可能にする。

【００１７】そして複合放電電極として、焼結により形
成された、電子放出金属酸化物と少なくとも50重量％の
高融点金属とを含む無機材料の混合物であって、全体的
に10％以下の空隙率を持つ一様な密度を有するものを用
い、その電極を、上述したこの発明の方法によってそれ
ぞれの導電体に接続すれば、高度に改良された特性を持
つ、低圧放電ランプ、特に低圧蛍光放電ランプが製造さ
れ得る、ということが見出された。

【００１８】すなわち上記低い空隙率と一様な密度と
は、ランプ製造の際に脱ガスを必要とせず、ランプの作
動中もガスを実質的に放出せず、市販のランプ安定器で
の点灯のために好ましい点灯特性を有し、しかも金属製
導電体にレーザー溶接されて導電性を持つ電極をもたら
し、かかる電極は、「熱陰極」としての作動と、「冷陰
極」としての作動との両方に適している。

【００１９】

【実施例】以下に、この発明の実施例を図面に基づき詳
細に説明する。図１は、横断方向に搭載される放電電極
を用いた、この発明の一実施例としての低圧蛍光放電ラ
ンプを示す断面図、図２は、レーザー溶接部の位置を示
す、図１中の放電電極搭載構造の拡大断面図、図３は、
軸線方向に搭載される「冷陰極」型焼結放電電極を用い
た、この発明の他の一実施例としての瞬間点灯式低圧蛍
光放電ランプの放電電極搭載構造を示す断面図、そして
図４は、図３中の放電電極搭載構造の溶接接合部の外観
を示す斜視図である。

【００２０】図１に示す低圧水銀蛍光放電ランプ１は、
筒状のガラス製エンベロープ２を有し、そのエンベロー
プ２の内面は、光を放出する蛍光体層３を有しており、
上述した構成の焼結された放電電極５は、そのエンベロ
ープ２内に横断方向に配置されるとともに、一般的なラ
ンプ支持部によって構成され得る密閉された端部６を気
密に貫通して延在するリード線型の導電体４にそれぞれ
接続されている。さらにこのランプは、１〜10トール
（torr）の圧力の希ガスと僅かな量の水銀との一般的な
放電維持用充填物質を有しており、このランプの作動中
は、電極５間でガス放電が維持される。

【００２１】ここで好ましくは、放電電極５は、約50〜
90重量％のタングステン、５〜25重量％の酸化バリウム
もしくは概略１：１：１の重量比の酸化バリウムと酸化
カルシウムと酸化ストロンチウムとの混合物、そしてイ
ットリウム、ジルコニウム、ハフニウムおよび希土類の
各酸化物からなるグループから選択された５〜25重量％
の電子放出金属酸化物にて構成される。

【００２２】イットリウム、ジルコニウム、ネオジムお
よびハフニウムの各酸化物からなるグループのいずれの
金属酸化物が用いられても、その金属酸化物がＹ₂Ｏ₃
であれば、最良の結果が達成されるということが明らか
になっている。またタングステンは、処理の容易さおよ
び電極材料として広く用いられているという点から好ま
しいが、モリブデンやタンタルの如き他の高融点金属が
用いられても良い。

【００２３】さらに好ましくは、上記焼結された放電電
極５は、50〜90重量％のタングステン、15〜25重量％の
酸化イットリウム、そして15〜25重量％の酸化バリウム
の混合物から構成され、それらの原料の粒子サイズは0.
05〜10μm とされる。

【００２４】かかる電極５は、タングステンおよび上記
酸化物の粉末の圧縮および焼結により製造され、その際
には、最初にタングステン粉がゾルゲル法により上記酸
化物粉で被覆される。このようにすれば、焼結された電
極が極めて均質なものとなることが保障され、その被覆
された粉末はその後、圧縮および焼結される。圧縮は通
常、約 8,000〜38,000psi の圧力の等方加圧よって行わ
れ、また焼結は、減圧雰囲気中、好ましくはヘリウムの
如き不活性ガス中に約５％までの水素が含まれた雰囲気
中で、約1600℃〜2200℃の温度に５分〜１時間晒すこと
によって行われる。

【００２５】また上記電極５は、所望の形状を持ちうる
が、一般的には、少なくとも１mm以上で最大約20mmまで
の長さ、好ましくは約10mmもしくは15mmまでの長さの棒
状をなし、その棒の厚さもしくは太さは、好ましくは
0.2〜２mmとされる。なお、軸線方向に搭載される電極
において、その棒の端部に、そこで放電が末端をなす傾
斜した頂部を設ければ、ランプの点灯特性が改善され
る。

【００２６】さらに上記電極５は、直接的に棒状に圧縮
および焼結しても良いが、最初はウェファー状に焼結
し、そのフェファーを所望のサイズの棒状に切断して形
成しても良い。かかる、例えば30cmの直径の大きなウェ
ファーを形成することにより、そこから多数の電極を切
り出すことができ、このことはランプのコストを低減さ
せる。またこのようにすれば、同一のウェファーから切
り出されるので、電極は極めて均質なものになる。

【００２７】上述したこの発明に基づく電極５の製造方
法は、先に述べたメネリーの'423号特許および'809号特
許やバターの'831号特許における電極の製造方法と著し
く異なっており、従ってその結果としての電極も著しく
異なった特性を持っている。例えば、メネリーの特許で
は、混合物を型内で約 1,000〜4,000psiの圧力で圧縮
し、その混合物を、発熱反応を得るために 700〜1000℃
に過ぎない温度に加熱しており、この結果として、粒子
サイズが10分の数μm から50μm まで変化するとともに
空隙率が10％の空隙から80％の空隙まで変化している、
きわめて不均一な電極となっている。またバターの特許
による電極も、同様の方法で製造され、同様の空隙率を
持つ嵩密度勾配のある構造を有している。そして清水等
の特許による HID（熱間等方加圧）電極もまた、既に述
べたように、10％を相当に越える空隙率を有している。

【００２８】さらに、この発明に基づく焼結電極５を用
いることにより、電子放出材料が浸漬によって付加され
る一般的なフィラメント型の電極を有するランプや、発
熱的に形成された焼結電極と比較して、より狭い範囲で
ランプの見込み寿命を制御することが可能になるととも
に、製造コストを低減することが可能になると予想され
る。すなわち、先に従来の技術として述べた、発熱的に
形成された電極間のばらつきおよび、それらの電極を用
いたランプの寿命のばらつきは、相当に大きいと予想さ
れる。また、それらの電極は各々、電極内を横切る所望
の勾配を得るとともに内部に通電部材を一体的に鋳込む
ために、分割式の型内で製造される。さらに、各電極用
の型内での混合物の充填度や加圧力のばらつき、型形状
や型間の温度のばらつき、そして混合物の均質性の固有
のばらつきは全て、発熱反応に影響を与える。加えて、
各電極用に個別の型が必要であるということは、電極ひ
いてはランプの製造コストを著しく上昇させてしまう。

【００２９】また、この発明に基づく焼結電極５は、発
熱反応を伴わず、電極内に存在する電子放出材料の量の
ばらつきを極めて少ないものにする、厳密に制御された
化学反応によって形成される。というのは、電極がそれ
から圧縮および焼結される、ここにおける電子放出混合
物は、酸化物のみを含有しているのに対し、従来の技術
における混合物は、後に加熱によって酸化物に転化され
る炭化物を含んでいるからである。

【００３０】さらに、この発明に基づく焼結電極５は、
ランプ内でのいかなる種類の処理手順をも必要としな
い。従って、その製造の容易さおよび処理手順が不要で
ある点から、かかる電極を有するランプは、一般的な浸
漬されたフィラメント型の電極を用いたランプと比較し
て、より安価に製造できるとともにより狭い寿命のばら
つきを有するであろうことが予想される。

【００３１】（搭載方法）上記焼結された複合放電電極
５は、この発明の方法の一実施例に従って、レーザー溶
接によりリード線４に固定される。なお、電極を把持さ
せるために電極の端部の周囲にリード線を曲げて巻き付
ける方法は、電気的接続の点でも機械的結合の点でも不
満足であることが判明し、また二つの溶接部位間を一般
的な接触溶接で溶接する方法でも不満足であることが判
明している。すなわち、焼結電極の端部を通る溶接電流
は、その粒状構造を変化させるに十分な程その電極を加
熱してしまうことが判明した。加えて、フィラメント型
電極をリード線に溶接するのに用いられている一般的な
接触溶接機に関しては、溶接接点を焼結電極に押し付け
る押圧力を制御するのが困難であることが判明してお
り、このことは、良好でない溶接部をもたらすとともに
焼結電極の破損を生じさせる。

【００３２】上記焼結電極５の固定の際には、図２に示
すように、電極５の各端部5aの平坦な側部が、各リード
線４の平坦な端部4aに対し押し付けられるように配置さ
れ、次いでレーザー光線21の光束が、レーザー20からレ
ンズ22を通り、その焼結電極５に密に隣接する、各リー
ド線４の平坦にされた端部4aの側方端縁部分へ向けて照
射されて、その照射部分に隣接する電極５の面を濡らす
融解金属溜まりを形成する。次いでここでは、そのレー
ザー光線21は取り除かれ、その融解金属溜まりが凝固し
て、リード線４および電極５の上記隣接する面と融着す
る。なお、好ましくは上記電極５は、各リード線４の平
坦な端部4aの両側方端縁部分4bに沿ってレーザー溶接さ
れる。

【００３３】図２は、基部８上の電気的接続ピン９への
リード線４の一般的な接続状態と、エンベロープ２へ
の、その端部を構成するランプ支持部６の結合状態とを
示している。しかしながら、電極５の上記溶接は実際上
は、好ましくは、リード線４がそのランプ支持部６内に
通常の方法で密閉された後であって、その出来上がった
ランプ支持部６がエンベロープ２へ密閉される前に行わ
れる。

【００３４】良好なレーザー溶接部は、パルス幅が10〜
20msecでエネルギーが３〜５ジュールのNd:YAGパルスレ
ーザーの使用によって得られ、リード線４の平坦な端部
4aに照射されるそのレーザー光束の直径は、約 200〜60
0 μm であった。またレーザー光束は、電極の側面に最
も近いリード線上に部位のみに照射されるのが最も望ま
しいが、電極の一部に掛かっても良く、その場合でも、
レーザー光束による電極の加熱は極めて局部的ゆえ、溶
接品質の低下や電極の損傷は生じないことが判明した。

【００３５】ここにおけるリード線４は、ニッケルメッ
キされた鋼から構成されているが、ニッケルメッキされ
た黄銅や、ニッケルメッキされた白銅、錫メッキされた
黄銅や錫メッキされた白銅を含む他の適当な材料で構成
されても良い。

【００３６】また、付加的な金属材料、例えば細い金属
線薄い金属箔を最初にリード線に溶接し、続いてその付
加的な金属材料とリード線とを電極にレーザー溶接して
も良く、かかる付加的な金属材料は、溶融金属溜まりを
大きくして電極の濡れ性を改善することができる。な
お、リード線４の平坦な端部4aにレーザー溶接された、
２〜３mmの長さで９ミルの太さの細いモリブデン線は、
この目的を十分達成することが判明した。

【００３７】図３は、瞬間点灯式ランプ用の、軸線方向
へ延在する「冷陰極」型電極の搭載構造を示しており、
そこでは二本のリード線４の平坦にされた端部4aが互い
に隣接して配置され、そして電極５の、頂部5bに対抗す
る基部側端部5aが、それらのリード線４の間に、上記各
平坦にされた端部4aの位置で、好ましくは電極５の両側
方端縁部分5cに沿って、四箇所の溶接部で溶接されてい
る。

【００３８】図４は、図３に示す電極搭載構造の外観を
例示しており、その溶接部は金属球4cの外観を呈し、そ
の金属球4cは、リード線４の平坦にされた端部4aと電極
５の側部とに融着されて一体化された側面を有してお
り、ここで、リード線４は一般に、その金属が溶かされ
て除去されたことを示す窪みもしくは凹部4dを有してい
る。

【００３９】なお、既に明らかであると思われるが、軸
線方向に搭載される電極用には、他の構造を用いること
もでき、例えば、基部は、一本の電気的接続ピンを有し
ていても良く、また電極搭載構造はランプの各端部に、
図３に示す二本のリード線４の代わりに一本のリード線
を有していても良い。

【００４０】ここで特記すべきは、レーザー溶接は、例
えばヨーロッパ特許EP 0262699号等により、金属部品の
固定用としては一般に知られているが、部分的にのみ金
属製で電子放出酸化物を含んで構成された複合電極への
使用は、従来の技術では明示されていない。そして、電
極内に一体的に焼結されたリード線の広汎な使用が明示
するように、従来の技術では寧ろ、いかなる方法によっ
ても複合電極を溶接することは避けられている。

【００４１】（具体例）先ず、粒子サイズが 0.4μm の
80重量％のタングステンが、10重量％の酸化イットリウ
ムと10重量％の酸化バリウムとで被覆された。

【００４２】上記タングステン粉の酸化イットリウムと
酸化バリウムとによる被覆は、ゾルゲル法の使用によっ
て行われ、その方法の実施の際にはタングステン粉が、
10重量％の酸化イットリウムと10重量％の酸化バリウム
とをもたらすような濃度の、有機溶剤中のイットリウム
イソプロポキサイド（yttrium isopropoxide）とバリウ
ムブトキサイド（barium butoxide)との混合物中に散布
された。次いでそのタングステン粉と酸化物との混合物
は、微粒子状に分散され、その分散された微粒子は、溶
剤の除去のために約90℃の温度で加熱された。そしてこ
の結果得られた被覆された粉末はその後、約２％の水素
を含む窒素雰囲気中で、約 620℃の温度で２時間加熱さ
れた。

【００４３】かかる粉末は次いで、約19000psiの圧力で
圧縮されてペレット（厚さ 1.4mmで直径25mm）に成形さ
れ、そのペレットは、95％のヘリウムと５％の水素との
雰囲気中で、2000℃で約１時間焼成されて焼結され、こ
の結果得られたペレットはその後、寸法が 0.9× 1.0×
18mmの複数の棒に切断された。このようにして得られた
複数の棒は各々、10％以下の空隙率と２〜４Ωの抵抗と
を有していた。

【００４４】上記の棒は、図１に示す如き低圧水銀蒸気
蛍光「熱陰極」放電ランプを形成するために、ランプの
エンベロープ内に横断方向に搭載されており、以下のテ
ストは、かかるランプについて実施されたものである。
すなわち先ず、直流電源（定格 600Ｖ，１Ａ）と安定器
としての抵抗とを用いて、異なる陰極加熱電流下でラン
プ電圧とランプ電流とが測定された。そしてその間、ラ
ンプは、アーク放電状態にあって、その陰極加熱電流
（陰極電流）が流れていた。

【００４５】上記測定を行った時間は、約２分間であ
り、その時の周囲温度は、約22℃であった。測定結果は
次の表１に示す通りであった。

【００４６】

【表１】

【００４７】この表１中の数値は、このランプによって
もたらされる放電が、陰極電流およびランプ電流の広い
範囲に亘って安定していることを明らに示している。

【００４８】また、陰極電流と陰極電圧との関係は、次
の表２に示す通りであった。

【００４９】

【表２】

【００５０】この表２は、このランプの陰極の、冷時の
抵抗が約 0.5Ωであり、陰極電流が2.8Ａの時の抵抗が
約1.31Ωであったことを示している。

【００５１】上記ランプは再度点灯され、その時のラン
プ電流Ｉ_LAは約400mＡであった。陰極電流は 2.2Ａから
０Ａまで漸減されたが、放電は安定しており、ランプ電
流は400mＡから150mＡまで減少した。そして最後の電流
では放電は不安定になった。この結果は、次の表３に示
す通りである。

【００５２】

【表３】

【００５３】上記測定時には、ランプ電流が150mＡにな
るまでは放電は安定していた。従って、このランプによ
りもたらされる放電は、ランプ電流の広い範囲に亘って
安定していた。

【００５４】あらかじめ製造されて図３に示す如く軸線
方向に「冷陰極」として配置された棒状電極を有する四
本足のＴ12型「瞬間点灯式」蛍光灯についても、その作
動性を計測するために、以下の試験が行われた。なお、
その電極は 0.3× 0.3×18mmの寸法に切断された以外は
上述した棒と同様のものであった。かかるランプは、市
販の単一ランプ用瞬間点灯安定器（アドバンス社のSM14
0-TP型）に接続され、その安定器には、主電源に接続さ
れた可変抵抗器から電源が供給された。この試験におい
て、ランプは、可変抵抗器が 120Ｖの出力をその安定器
に供給するようセットされた時に、アーク放電状態に点
灯された。初期のアーク放電は、ガラス密閉部に近いリ
ード線へのものであり、電極の頂部は当初、ぼんやりと
して赤みを帯びたグロー放電を有していたが、そのグロ
ー放電が次第に強くなって電極はより高温になり、つい
にはアーク放電が両方の電極の頂部にジャンプして、電
極間のアーク放電が生じた。従って、その初期のアーク
放電は、上記棒状電極を熱電子放出温度まで加熱してア
ーク放電を電極の頂部にジャンプさせるに十分なもので
あった。またグロー放電からアーク放電への遷移時間
は、一般的な電極を有する通常の瞬間点灯式ランプのそ
れに匹敵するものであった。

【図面の簡単な説明】

【図１】横断方向に搭載される放電電極を用いた、この
発明の一実施例としての低圧蛍光放電ランプを示す断面
図である。

【図２】レーザー溶接部の位置を示す、図１中の放電電
極搭載構造の拡大図である。

【図３】軸線方向に搭載される「冷陰極」型焼結放電電
極を用いた、この発明の他の一実施例としての瞬間点灯
式低圧蛍光放電ランプの放電電極搭載構造を示す断面図
である。

【図４】図３中の放電電極搭載構造の溶接接合部の外観
を示す斜視図である。

【符号の説明】

１低圧水銀蛍光放電ランプ２エンベロープ３蛍光体層４リード線 4a 先端部 4b 側方端縁部分 4c 金属球 4d 凹部５放電電極 5a 基部側端部 5b 頂部 5c 側方端縁部分６ランプ支持部 20 レーザー 21 レーザー光線

フロントページの続き (72)発明者エフィムゴールドバートアメリカ合衆国ニューヨーク州 10545 メリノールピーオーボックス 62 (72)発明者ポールパットアメリカ合衆国マサチューセッツ州 01532 ノースバーローマディソンロード 117

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複合放電電極を放電ランプ内の金属製導
電体に固定するに際し、先ず、複合放電電極を準備するとともに、金属製導電体
を準備し、次いで、前記複合放電電極を、前記金属製導電体に対し
当接させて保持し、次いで、先ず、前記金属製導電体の表面が融けて前記複
合放電電極を濡らす融解金属溜まりを形成するように、
レーザー光線の光束を前記金属製導電体の前記複合放電
電極に密に隣接する領域へ向けて照射し、その後、前記
融解金属溜まりが凝固して前記導電体および前記複合放
電電極と融着し、それらの間に溶接接合部を形成するよ
うに、前記レーザー光束を取り除く、という手順で、前
記複合放電電極を前記金属製導電体にレーザー溶接する
ことを特徴とする、放電ランプ内への複合放電電極の固
定方法。
【請求項２】前記導電体は、前記複合放電電極が溶接
される領域に、金属製の心材上に配置された金属製の被
覆を具え、その被覆は、前記心材よりも低い融点を有し
ていることを特徴とする、請求項１記載の放電ランプ内
への複合放電電極の固定方法。
【請求項３】前記導電体および前記複合放電電極は、
それらが互いに接触する領域に、相補的な面をそれぞれ
設けられていることを特徴とする、請求項１もしくは請
求項２記載の放電ランプ内への複合放電電極の固定方
法。
【請求項４】前記導電体は、その端部が平坦にされ
た、ある程度の長さのリード線から構成され、また前記
複合放電電極は、相補的に平坦にされた部分を有してい
ることを特徴とする、請求項３記載の放電ランプ内への
複合放電電極の固定方法。
【請求項５】前記レーザー光線は、前記導電体に、３
〜５ジュールのエネルギーおよび10〜20msecのパルス幅
で照射されることを特徴とする、請求項１乃至請求項４
のいずれか記載の放電ランプ内への複合放電電極の固定
方法。
【請求項６】前記溶融金属溜まりの寸法を大きくする
ため、前記複合放電電極を前記導電体にレーザー溶接す
るに先立って、前記レーザー光線で溶融されるための付
加的な金属要素が前記導電体に固着されることを特徴と
する、請求項１乃至請求項５のいずれか記載の放電ラン
プ内への複合放電電極の固定方法。
【請求項７】密閉された両端部間に放電経路を画成す
る筒状のエンベロープと、前記エンベロープ内に充填さ
れる放電維持用充填物質と、前記両端部に隣接して配置
され、当該ランプの点灯中それらの間に放電が維持され
る一対の放電電極と、前記密閉された両端部をそれぞれ
通って延在し、前記各放電電極に接続された導電体と、
を具える低圧放電ランプにおいて、前記放電電極が、焼結された複合放電電極であって、各
々の前記導電体にレーザー溶接によって接続され、前記導電体が、前記焼結された放電電極に融着されて前
記放電電極とその導電体との間の溶接接合部を形成する
金属製部分を有していることを特徴とする、低圧放電ラ
ンプ。
【請求項８】前記複合放電電極は、少なくとも50重量
％の高融点金属を具えてなるものであって、全体を通し
て10％以下の空隙率を有する、全体的に密に焼結された
均質なものである、請求項７記載の低圧放電ランプ。
【請求項９】前記焼結された複合放電電極は、50〜90
重量％のタングステンと、５〜25重量％の酸化バリウム
もしくは実質的に１：１：１の重量比の酸化バリウムと
酸化カルシウムと酸化ストロンチウムとの混合物、そし
てイットリウム、ジルコニウム、ハフニウムおよび希土
類の各酸化物からなるグループから選択された５〜25重
量％の金属酸化物にて構成されていることを特徴とす
る、請求項７もしくは請求項８記載の低圧放電ランプ。
【請求項１０】前記エンベロープの内面に設けられた
蛍光体の被覆と、水銀および１〜10トールの圧力の希ガスからなる充填物
質と、をさらに具えており、前記各密閉された端部は、ランプ支持部を有し、前記導電体は、前記ランプ支持部を貫通する一対のリー
ド線を有し、前記焼結された複合放電電極は、前記エンベロープ内に
実質的に横断方向に配置されて、各々の前記一対のリー
ド線にその放電電極の互いに対抗する両端部でレーザー
溶接されていることを特徴とする、請求項７乃至請求項
９のいずれか記載の低圧放電ランプ。
【請求項１１】前記エンベロープの内面に設けられた
蛍光体の被覆と、水銀および１〜10トールの圧力の希ガスからなる充填物
質と、をさらに具えており、前記各密閉された端部は、ランプ支持部を有し、前記導電体は、前記ランプ支持部を貫通する一対のリー
ド線を有し、前記焼結された複合放電電極は、前記エンベロープ内に
実質的に軸線方向に配置されて、各々の前記一対のリー
ド線にその放電電極の基部側端部でレーザー溶接されて
いることを特徴とする、請求項７乃至請求項９のいずれ
か記載の低圧放電ランプ。