JPH1031973A - 高圧ナトリウムランプ用電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、発光管の電極の電子放射物質がナ
トリウムと反応する物質を放出しにくいので、ランプ動
程中のランプ電圧降下を軽減し、かつ放電の始動が容易
で、寿命期間を通して発光管の黒化等がない長寿命の不
飽和蒸気圧形特性を有する高圧ナトリウムランプ用電極
を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、タングステンよりなる電極に
塗布する電子放射物質として、三種の混合物を用い、重
量比にて、１０％以上２０％未満のタングステン酸バリ
ウムカルシウム（Ｂａ₂ ＣａＷＯ₆ ）と４０％以上８０
％未満の酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ）と０％より多く
かつ５０％以下のタングステン（Ｗ）との混合物を用い
た不飽和蒸気圧形特性を有する高圧ナトリウムランプ用
電極であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は不飽和蒸気圧形特性
を有する高圧ナトリウムランプに使用する電極の改良に
関し、詳細には、これら電極に塗布される電子放射物質
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、飽和蒸気圧形の高圧ナトリウム
ランプは、ランプ動程中の発光管からのナトリウムの消
失を補償するために、発光に寄与する量よりも過剰の量
のナトリウム及び水銀が発光管内に封入されている。こ
れら過剰の量のナトリウム及び水銀は発光管内の最冷部
でアマルガムを生成している。従って、発光管内の蒸気
圧は、最冷部の温度及びアマルガム組成比の変化により
影響されるという問題がある。更に、このような飽和蒸
気圧形の高圧ナトリウムランプはランプ動程中にランプ
電圧が上昇し、最後には立ち消えてしまうという欠点が
ある。

【０００３】一方、封入ナトリウム及び水銀の量を限定
し点灯中に封入ナトリウム及び水銀が全て蒸発気化した
状態となる、いわゆる不飽和蒸気圧形の高圧ナトリウム
ランプは、発光管の最冷部温度が変化しても、発光管内
の蒸気圧はほとんど変化しないようになっており、ラン
プ点灯時、ランプ電圧が安定していることはよく知られ
ている。しかし、このような不飽和蒸気圧形の高圧ナト
リウムランプは、封入されるナトリウムの量が微量であ
るため、ナトリウムがわずかに消失してもランプ電圧に
対して重大な影響を及ぼす。すなわち、ナトリウムの消
失に伴いランプ電圧が徐々に下降するという問題があ
る。そして、このナトリウムの消失の原因がランプの始
動時及び点灯時に電極から放出されるガス、特に酸素で
あることはよく知られている。

【０００４】ところで、高圧ナトリウムランプの電極構
成材料として、タングステン等の高融点金属が使用され
ているが、タングステンのみでは高温においても充分な
電子放射を与えることは困難であるので、通常、電子放
射特性の優れた金属酸化物を用いて電子放射を補ってい
る。かかる電子放射性の金属酸化物として、バリウム，
カルシウム等のアルカリ土類金属酸化物あるいは酸化ト
リウムなどが用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記のような金属酸化
物を用いた電極は、ランプの動作中の電極温度は先端で
約１７００℃となり末端に向かって次第に低くなってい
る。点灯動作中に上記の金属酸化物を主体とする電子放
射物質（エミッター）は、先端に近い部分から徐々に蒸
発飛散し、発光管の内面に付着する。この発光管内面へ
の電子放射物質の付着量が多くなると、光束の低下が大
きくなる。このような問題点の対策として、従来、電極
芯棒に巻回するタングステンコイルを二重コイルに形成
して、内コイルと電極芯棒との間に電子放射物質を密に
充填して、外コイルの表面には電子放射物質を極力露出
させない構造とし、電子放射物質の蒸発を抑制すること
が知られている。

【０００６】しかしながら、上記アルカリ土類金属酸化
物は電子放射特性は優れているが、高温度で蒸気圧が比
較的高く、コイル中に充填した酸化物の蒸発を完全に抑
えることは困難である。また、アルカリ土類金属を含む
酸化物あるいは酸化タングステンとの複合酸化物など
は、約１３００℃前後で一部が分解、蒸発し、遊離した
アルカリ土類金属、アルカリ土類金属酸化物及び酸素な
どを放出する。これらの分解した蒸発成分の中で、特に
酸素はナトリウムと反応して蒸気圧の低い安定な化合物
を生成する。このナトリウムの酸化物の生成が、発光管
内におけるナトリウム消失の主な原因の一つであり、特
に不飽和蒸気圧形の高圧ナトリウムランプは、ナトリウ
ムの酸化物の生成によるナトリウム消失が極力抑制され
ることが必要である。

【０００７】このナトリウム酸化物の生成によるナトリ
ウム消失を抑制することは、不飽和蒸気圧形の高圧ナト
リウムランプのみならず、点灯中に封入量の全部ではな
いが８０％以上が蒸発するナトリウムアマルガムを封入
した高圧ナトリウムランプについても必要な要件であ
る。すなわち、点灯中に封入量の８０％以上が蒸発する
ナトリウムアマルガムが封入されている場合は、アマル
ガムの組成比が不飽和形ランプと同様であると、飽和蒸
気圧形特性ではなく、不飽和蒸気圧形特性を示す。しか
も、微量のナトリウム消失によりランプ特性に大きな影
響を与えることでは不飽和蒸気圧形のランプと同等であ
るから、封入量の全部ではなく８０％以上が蒸発する量
のナトリウムアマルガムが封入されている不飽和蒸気圧
形特性を有する高圧ナトリウムランプにおいても、ナト
リウム消失を抑制することは必要な要件となる。

【０００８】なお、酸化トリウムは高融点であるととも
に、比較的小さい仕事関数を有するため、電子放射物質
として使用されている。しかし、酸化トリウムは放射性
同位元素の酸化物であるため、放射性物質取扱基準に準
じた取り扱いをしなければならず、作業性の点でも多く
の問題があり、電子放射物質として使用されなくなって
いる。

【０００９】本発明は前記に鑑みてなされたもので、発
光管の電極の電子放射物質がナトリウムと反応する物質
を放出しにくいので、ランプ動程中のランプ電圧降下を
軽減し、かつ放電の始動が容易で、寿命期間を通して発
光管の黒化等がない長寿命の不飽和蒸気圧形特性を有す
る高圧ナトリウムランプ用電極を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、タングステンよりなる電極に塗布する電子放
射物質として、三種の混合物を用い、重量比にて、１０
％以上２０％未満のタングステン酸バリウムカルシウム
（Ｂａ₂ ＣａＷＯ₆ ）と４０％以上８０％未満の酸化イ
ットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ）と０％より多くかつ５０％以下
のタングステン（Ｗ）との混合物を用いた不飽和蒸気圧
形特性を有する高圧ナトリウムランプ用電極である。

【００１１】

【作用】電子放射物質の混合物としてタングステンを用
いることにより、タングステンコイル電極表面上に露出
されるタングステン酸バリウムカルシウムや酸化イット
リウムの量を減少させ、かつ電子放射物質全体の耐熱性
を上げて電子やイオンの耐衝撃性を向上させ、放電の始
動を困難にすることなく、ナトリウム消失によるランプ
電圧降下を軽減することができるので、ランプの長寿命
化が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に基づき説
明する。図１は本発明に係わる電極の側面図であり、タ
ングステン製電極芯棒１の外周に接してタングステン製
の単コイル２を配設し、内側は粗に巻回しその外側は密
に巻回して構成される。又、コイル部には電子放射物質
３を塗布している。そして、このような電極を作成する
には、まずニトロセルローズラッカー及び酢酸ブチル中
に懸濁されたタングステン酸バリウムカルシウム（Ｂａ
₂ ＣａＷＯ₆ ）、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ）及びタ
ングステン（Ｗ）からなる懸濁液を作成する。次に、図
１に示すような電極構成部材を前記懸濁液に浸漬して、
電子放射物質を塗布し、乾燥させた後、コイルの表面の
電子放射物質を除去する。その後、約１３５０〜１６０
０℃の弱還元性雰囲気炉中で焼成し固着させて電極を構
成する。

【００１３】図２は前記のようにして作成された電極を
組み込んだ１５０ワットの高圧ナトリウムランプ用の発
光管を示す。図中４は多結晶アルミナ製の発光管であ
り、該発光管５の両端には電極５ａ，５ｂを具備した導
電性の耐熱金属管６ａ，６ｂを配置し、該金属管６ａ，
６ｂと発光管４との間隙は、シーリングフリットにより
気密に封止されている。そして、このような構造の発光
管内には、ランプ動作時に全て蒸発しうる量のナトリウ
ム０．０３ｍｇ及び水銀２．４７ｍｇと始動用補助ガス
としてキセノン１３，３００パスカルが封入されてお
り、不飽和蒸気圧形ランプとして構成されている。

【００１４】次に、本発明の実験例について説明する。
発光管電極の電子放射物質として、前記タングステン酸
バリウムカルシウムと酸化イットリウムとタングステン
とを種々の割合で混合し、これらを図１に示すような電
極構成部材に、前記と同様にして塗布し固着させ、種々
の混合割合の電子放射物質を設けた電極を作成した。そ
して、これらの発光管を外球（図示せず）に収納して、
１７５Ｗ高圧水銀灯用安定器と組み合わせて、初期始動
特性及び入力電力１５０Ｗでのランプ寿命試験を行い、
初期と点滅３，０００回後の不飽和ランプ電圧降下を測
定した。表１に前記電子放射物質の組成、電極への塗布
量と混合重量比およびその測定結果を示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１からわかるように、タングステン酸バ
リウムカルシウムや酸化イットリウムの量が増加してい
るにもかかわらず、タングステンの増加に伴い、点滅３
０００回後の不飽和ランプ電圧降下は次第に小さくなっ
ていく領域がある。そして、本発明に係わる電極の電子
放射物質の組成は、タングステン酸バリウムカルシウム
（Ｂａ₂ ＣａＷＯ₆ ）を１０％以上２０％未満、酸化イ
ットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ）を４０％以上８０％未満および
タングステン（Ｗ）を０％より多く５０％以下としたも
ので、この電極では、不飽和ランプ電圧降下の少ないラ
ンプ特性が得らる。しかし、タングステンを５０％より
多くすると、タングステン酸バリウムカルシウムや酸化
イットリウムの量が少なくなり良好な始動特性が得られ
ない。

【００１７】このようなランプ特性が得られる理由は、
タングステン酸バリウムカルシウムと酸化イットリウム
との組成にタングステンを加えることにより、電子放射
物質の蒸発・飛散が少なくなり、電極から放出される遊
離ガスとしての酸素の濃度が低下し、それによるナトリ
ウム消失が少なくなり不飽和ランプ電圧の低下が減少す
るものと考えられる。

【００１８】なお、本実施例において、電極上にタング
ステン酸バリウムカルシウムと酸化イットリウムが直接
露出することを防ぐために、タングステンの粒径をタン
グステン酸バリウムカルシウムと酸化イットリウムとの
粒径の約１／１０以下に選定している。又、前記実施例
では、発光管内に封入されたナトリウム及び水銀が点灯
動作中には全て蒸発する不飽和蒸気圧形のランプに適用
する電極について説明したが、先に述べたように、点灯
動作時に８０％以上が蒸発する量のナトリウムアマルガ
ムが封入される不飽和蒸気圧形特性を有する高圧ナトリ
ウムランプについても、電極から放出される遊離酸素に
よるナトリウム消失がランプ特性に大きな影響を及ぼす
ものであるから、かかる不飽和蒸気圧形特性を有する高
圧ナトリウムランプの電極についても、本発明は適用で
き、同様な効果が得られる。

【００１９】

【発明の効果】以上の実施例に基づいて説明したよう
に、本発明は発光管内部にキセノンガス、水銀と共に微
量のナトリウムが封入された不飽和蒸気圧形特性を有す
る高圧ナトリウムランプにおいて、重量比で１０％以上
２０％未満のタングステン酸バリウムカルシウムと４０
％以上８０％未満の酸化イットリウム及び０％より多く
５０％以下のタングステンとの混合物からなる電子放射
物質を塗布して電極を構成したので、ランプ点灯中の発
光管内のナトリウム消失によるランプ電圧降下を軽減す
ることができ、かつ発光管の黒化がなく長寿命であると
いう利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる高圧ナトリウムランプ用電極の
側面図である。

【図２】同じく高圧ナトリウムランプ用発光管の平面図
である。

【符号の説明】

１ 電極芯棒 ２ 単コイル ３ 電子放射物質 ４ 発光管 ５ａ，５ｂ 電極 ６ａ，６ｂ 導電性耐熱金属管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タングステンよりなる電極に塗布する電
   子放射物質として、三種の混合物を用い、重量比にて、
   １０％以上２０％未満のタングステン酸バリウムカルシ
   ウム（Ｂａ₂ ＣａＷＯ₆ ）と４０％以上８０％未満の酸
   化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ）と０％より多くかつ５０％
   以下のタングステン（Ｗ）との混合物を用いたことを特
   徴とする不飽和蒸気圧形特性を有する高圧ナトリウムラ
   ンプ用電極。
2. 【請求項２】前記不飽和蒸気圧形特性を有する高圧ナト
   リウムランプは、点灯動作中に全て蒸発する量のナトリ
   ウムアマルガムが発光管中に封入されていることを特徴
   とする請求項１項記載の高圧ナトリウムランプ用電極。
3. 【請求項３】前記不飽和蒸気圧形特性を有する高圧ナト
   リウムランプは、点灯動作中に完全に蒸発せず封入量の
   ８０％以上が蒸発する量のナトリウムアマルガムが発光
   管中に封入されていることを特徴とする請求項１項記載
   の高圧ナトリウムランプ用電極。