JPS6346533B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高圧放電（HID）灯に関するも
のであり、特に、この高圧放電灯の電極に用いら
れる電子放出物管とともに用いる焼結用被着材に
関するものである。

従来、高圧ナトリウム水銀蒸気灯の電子放出物
質には、二酸化トリウム、トリウム酸バリウム、
タングステン酸二バリウムカルシウム、及び酸化
バリウムを含むいくつかの酸化物相の混合物が用
いられて来た。この酸化物相の混合物は雰囲気中
の汚染物に対して極めて敏感であり、その結果、
ちよつと空気に曝しただけで、その電子放出混合
物による水分や二酸化炭素を比較的多量に吸つて
しまう。このような汚染物を除去するのは困難で
あつた。シリカ（SiO₂）が前記電子放出混合物
と関連した効果的な焼結用被着材（促進材）であ
つた。

更に最近では、1973年１月２日付の米国特許第
3708710号に開示されている高圧放電ナトリウム
水銀蒸気灯において多結晶アルミナ・アーク管体
を用いたナトリウム蒸気灯において特に効果的
な、電子放出物質としてのタングステン酸二バリ
ウムカルシウムが用いられている。同様に、1977
年10月４日付の米国特許第4052634号は、少なく
とも１つの希土類金属酸化物と、希土類酸化物１
モル当り0.66〜0.40モルの量のアルカリ土属金属
酸化物と、アルカリ土類金属酸化物（これはモル
％が少なくとも25％の酸化バリウムから成つてい
る）１モル当り0.25〜0.40モルの量のタングステ
ン及びモリブデンの酸化物のうちの少なくとも１
つと、を含む１つ以上の酸化物化合物を主成分と
した高圧水銀蒸気・高圧ナトリウム蒸気放電灯用
の電子放出物質を開示している。本出願人による
昭和53年10月20日付特願昭53−128671号及び昭和
53年10月26日付特願昭53−131083号はタングステ
ン酸二バリウム・カルシウム（Ba₂CaWO₆）と
モリブデン酸二バリウム・カルシウム
（Ba₂CaMoO₆）との固溶体である新規な電子放
出物質や、M₃M₂′M″O₉（Ｍはアルカリ土金属で
少なくとも主にバリウムであるもの、M′はイツ
トリウム、ランタニド族金属又はこれらのあらゆ
る混合物、M″はタングステン、モリブデン又は
これらのあらゆる混合物）を主成分とする新規な
電子放出物質を上記のような放電灯に用いてい
る。

後者の電子放出物質は焼結した後は通常「柔い
粉状」のコンシステンシイ（竪さ）を有してお
り、電子放出物質の小さな粒子は、完成した電極
或いは完成した放電灯を処理する間飛散してしま
う。もしこのようにふき払われることとなると、
電極に盛られた電子放出物質の量が減少して放電
灯の寿命を縮めてしまうことがある。更に、放電
灯の寿命期間中に飛散が生ずるとアーク管の内部
表面には黒ぼい電子放出物質が被着してしまい、
この被着した電子放出粒子はアーク管内にす早く
拡散して黒ずんだものとしてしまい、放電灯の光
出力を低下させてしまう傾向がある。上記の新規
な電子放出物質に焼結被着材としてシリカを用い
ることは効果的でなかつた。焼結後、「柔いれん
が」状の塊のコンシステンシイを有する電子放出
物質を得ることによつて結果的に大きく改良され
た電極構造が得られ、更に完成した電極や完成し
た放電灯を処理する間、散粉の問題をほとんどな
くすことができる。

この発明によれば、BaO−WO₃、CaO−WO₃
若しくはSrO−WO₃の共融混合物組成をした焼結
被着材が高圧放電灯の放電持続電極における電子
放出物質と混合される。

高圧蒸気放電灯は、電極をその両端付近に作動
的に支持し電極間に細長いアーク放電を生じさせ
るようにした発光アーク管と、この電極を電源に
接続する手段と、を備えている。一端がアーク管
の一端付近に支持されており、他端がアーク管内
に向つて幾分出張つている細長い耐火金属部材で
できた改良された構造の電極が設けられている。
アーク管内部に突出した端部には、その内部に突
出した部分に支持された覆い用耐火金属コイル手
段が設けられている。電子放出物質がその覆い用
コイルの巻線部分間に設けられている。この電子
放出物質は、Ba₂CaM″O₆とM₃M₂′M″O₉とを含
む群のうちの１種以上のものの中から選択するこ
とが望ましい。ここでＭはアルカリ土類金属であ
り、少なくとも主としてバリウムであり、M′は
イツトリウム若しくは他のランタニド族希土類金
属又はこれらの混合物であり、M″はタングステ
ン若しくはモリブデン又はこれらの混合物であ
る。電子放出物質には焼結用被着材が混入されて
おり、その含有量は焼結用被着材が約２〜50重量
％で電子放出物質が約98〜50重量％である。焼結
用被着材の含有量は約５〜10重量％であることが
好ましい。更に、特に水銀蒸気灯等の場合には、
耐火金属粉末をランタニド族電子放出物質と混合
することが好ましく、前者は後者の約20重量％を
占める。

この発明の多くの特徴をより一層理解するた
め、添附図面と関連して以下に詳しく説明する。

添附図面を通して、同じ符号は同じ部品を指称
している。第１図において、代表的な高圧ナトリ
ウム水銀放電灯１０が示されており、高圧放電灯
１０は電極１４を有する発光アーク管１２を備え
ており、また電極１４はアーク管１２の両端近く
に機能的に支持され、電極１４の間には細長いア
ークが維持されるようになつている。アーク管１
２は、その端部を密閉するニオブ端キヤツプ１６
を有する単結晶又は多結晶アルミナ等の耐火物質
でできている。アーク管１２は支持枠２０によつ
て保護外封体１８内にうまく支持されており、支
持枠２０は通常のステム圧力部２４を介して普通
の口金２６に接続するために密封された一方の導
入線２２に接続されている。他方の導入線２８は
他方の電極１４に接続されている。図の上側の電
極１４との接続は支持枠２０とアーク管１２の伸
縮を自在にするための弾力性のある編組線３０と
を介して行なわれており、支持枠２０は保護用外
封体１８のドーム部の内部表面と接触している適
当な金属製のばね間隔部材３２によつて管球内に
固定保持されている。放電持続充填剤としては、
アーク管１２は一定少量のナトリウム−水銀アマ
ルガムと、20トルのキセノン等の低圧不活性可電
離始動気体と、を含んでいる。

第２図に示される高圧水銀蒸気灯３４も発光ア
ーク管３６を備えており、このアーク管３６は普
通石英でできており、その端部近くでその中に作
用的に支持された動作電極３８を有し、その電極
間には細長いアーク放電が維持される。普通の支
持枠４０は保護用外封体４２内にアーク管３６を
適切に支持し、かつ電極３８の一方と電気的接続
を行う働きをする。他方の電極３８は一方の導入
線４４と直接接続され、それから口金４６に接続
されている。この導入線４４と口金４６とで電極
３８を電源に接続する手段を構成している。従来
と同様、アーク管３６は、不活性可電離始動気体
とともに放電持続充填剤を成す少量の水銀４８を
含んでいる。この実施例では、アーク管３６の両
端に設けられた帯板５０は電極３８と導入線４４
とを結合し易くするものである。

第３図には高圧放電灯に用いられる電極１４ま
たは３８の部分拡大図が示されている。この電極
は、一端５４を有する細長い耐火金属部材５２を
備えており、その一端５４はアーク管の一端近く
に支持され、この金属部材５２の他端５６はアー
ク管の内部に向つて少しだけ突出するようになつ
ている。覆い用耐火金属コイル手段５８は細長い
金属部材５２のその端部５６の近くに固定されて
いる。特定例として、細長い金属部材５２は約
0.8ミリメートル（0.03インチ）の直径のタング
ステン棒でできており、第３図に示された耐火金
属コイル５８は0.4ミリメートル（0.016インチ）
の直径の８回巻タングステン線である。金属コイ
ル５８の外径は2.29ミリメートル（0.09インチ）
から2.8ミリメートル（0.11インチ）の範囲にあ
ればよい。

組立状態における電極コイルが第４図及び第５
図に示されており、図において、細長い耐火金属
部材５２はその周囲に直接巻かれた第１の内部コ
イル６０を有し、この内部コイル６０における、
コイル端６２間の個々の巻線間ピツチは中央に巻
いた巻線６４の間に所定の間隔が存在するように
なつている。特定例として、中央に配置された
個々の巻線６４間の間隔は、内部コイル６０を形
成する線の直径とほぼ等しい。この間隔は電極構
造によつて支持される大半が電子放出物質と焼結
用被着材との混合物６６の保護された貯蔵部を形
成している。このような電極構造は米国特許第
3170081号1965年２月16日付に開示されている如
く一般に知られた技術である。

前記の米国特許第3708710号は、高圧放電灯の
電極に用いられるタングステン酸二バリウム・カ
ルシウム（Ba₂CaWO₆）を主成分とする電子放
出物質の調製及び用途並びにその電子放出物質の
調製方法について述べている。前述した本願出願
人による特願昭53−128671号では、タングステン
酸とモリブデン酸とのグラム分子比が９対１から
１対９まで、好ましくはタングステン酸とモリブ
デン酸の分子比が１対１から１対４の範囲にある
電子放出物質、及びにその調製方法を開示してい
る。前述した本願出願による特願昭53−131083号
は、M₃M₂′M″O₉（ここでＭはアルカリ土類金属
で少なくとも主にバリウムであり、M′はイツト
リウム、ランタニド族希土類金属、又はこれらの
混合物、そしてM″はタングステン、モリブデン、
又はこれらの混合物）及び特にタングステン酸バ
リウム・イツトリウム種（Ba₃Y₂WO₉）を主成
分とする電子放出物質、並びにその調製方法を開
示している。この電子放出物質には、タングステ
ン、モリブデン、タンタル、又はニオブ、又はこ
れらの混合物の耐火金属微粒子（その耐火金属粉
末はその電子放出物質の５〜80重量％である）を
混合することが望ましいことがわかつた。この金
属粉末は、代表的な粉末粒子の大きさが0.06〜
0.2ミクロンの極微粒子状であることが望ましい。
タングステン粉末はその粒子の大きさが特に約
0.11ミクロンであることが好ましい。付加した金
属粉末は耐火金属マトリツクスとして働いて電子
放出物質の機械的な安定性を向上させ、また、放
電灯を始めにつけたときの酸化物電子放出物質の
散粉を最小にする。好ましく微細に砕いたタング
ステン粉末は、タングステン酸バリウム・イツト
リウムを好ましいものとする電子放出物質の約20
重量％より大きい構成を有している。

上述した電子放出物質の各々は高圧放電灯にあ
つて良好な特性を示すが、焼結後では、現在電極
構造上の、或いは、その中に在る電子放出物質が
「柔かい粉末」状のものとなつていて電極からず
れ落ちたり、飛散したりする傾向がある。「柔か
いレンガ塊」状のコンシステンシイがその電極か
ら電子放出物質がとれる傾向を減少させることが
好ましい。これに関連してわかつていることは、
バリウム酸化物−タングステン酸化物（BaO−
WO₃）、カルシウム酸化物−タングステン酸化物
（CaO−WO₃）若しくはストロンチウム酸化物−
タングステン酸化物（SrO−WO₃）、又はこれら
の組み合わせ、の共融混合物の所定量を電子放出
物質と混ぜたとき、その電子放出物質よりずつと
固く焼結したものが得られる。BaO−WO₃系、
SrO−WO₃及びCaO−WO₃系各々の最も融点の
低い共融混合物が好ましく、BaO25モル％−
WO₃75モル％では融点が935℃となり、SrO24モ
ル％−WO₃76モル％では融点1073℃、そして
CaO25モル％−WO₃75モル％では融点が1135℃
となつている。BaOが58.2モル％でWO₃が41.8％
の共融組成も共融温度が1320℃と適切なものとな
つている。

特定例としては、493グラムの炭酸バリウム
（BaCO₃）と1740グラムのWO₃（WO_2.97）をアル
コール中でボールミルにより粉砕し、更に70℃の
オーブンで乾燥させる。この乾燥した混合物を更
にシリカボート中に置き、800℃で１時間900℃で
４時間焼成して炭酸ガスを追い出し、BaO−
WO₃の共融混合物を残す。この混合物を更に再
びボールミルで乾燥紛砕して完全に混合し尽す。

95％の電子放出物質と５％の焼結被着材との混
合物をアルコール展色剤とともにボールミルで粉
砕して混合物を均質にする。アルコール展色剤を
用いて糊状物として今つくられたこの物質を第４
図に示す如く最内部のコイル６０に塗布する。こ
れを乾燥した後、第５図に示される外側コイル６
８を内部コイル６０上にらせん状に巻いてかぶ
せ、より保護の度合を増し、電子放出物質６６が
電極から離脱するのを防ぐことができる。完成し
た電極は更に10〜15分間1500℃〜1600℃で焼成さ
れて電子放出物質の硬化焼結を行う。この焼成は
水素中で行ない遊離タングステン酸化物をタング
ステン金属に還元する。250グラムの炭酸カルシ
ウム（CaCO₃）と1740グラムのWO₃との混合物、
又は354グラムの炭酸ストロンチウム（SrCO₃）
と1760グラムのタングステン酸化物（WO₃）と
の混合物であつて、それぞれが電子放出物質に対
して「柔かいレンガ塊」状のコンシステンシイを
示すものを用いて同じ手順を行なうことができ
る。或いは、いろいろの焼結用被着材をそれらの
共融比で混合することができる。

共融焼結用被着材を前もつて焼成することが望
ましいが、これは必ずしも必要でなく、これらの
混合物は電子放出物質と混合するとき非焼成状態
で用いることができる。

バリウム酸化物−モリブデン酸化物（BaO−
MoO₃）の共融混合物、カルシウム酸化物−モリ
ブデン酸化物（CaO−MoO₃）の共融混合物、及
びストロンチウム酸化物−モリブデン酸化物
（SrO−MoO₃）の共融混合物は、タングステン
酸化物とバリウム酸化物、カルシウム酸化物及び
ストロンチウム酸化物との混合物と同じ効果があ
るので、全体的に又は部分的にタングステン酸化
物の代わりに用いることができる。

電子放出物質と焼結用被着材との重量比は、約
２−50重量％の焼結用被着材から約50−98重量％
の電子放出物質までである。好ましくは電子放出
物質と焼結用被着材との比は、約５−10重量％の
焼結用被着材対約90−95重量％の電子放出物質と
なつている。ずれ落ちる問題を除去するためには
５−10重量％の焼結用被着材で十分であると思わ
れるので、より重要なことは、コイル６４の間の
領域に電子放出物質を主として充填を主として充
填し、放電灯の寿命期間中の放電を持続させるこ
とである。

以上の説明から明らかなように、高圧放電灯用
に選ばれた電子放出物質に少量の焼結用被着材を
添加することにより、放電灯の製造中や動作中の
電子放出物質のこぼれ落ち又ははがれの問題を大
きく軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は典型的な高輝度ナトリウム−水銀灯の
正面図、第２図は高輝度水銀蒸気灯の正面図、第
３図は耐火コイルを有する電極の拡大図、第４図
は電極のコイル組立図、及び第５図は第４図のコ
イル上にらせん状に巻かれる外側コイルの正面図
である。 １０……高輝度ナトリウム−水銀放電灯、１
２，３６……アーク管、１４，３８……電極、３
４……高圧水銀灯、５２……耐火金属部材、６０
……内側コイル、６２……コイル端、６６……電
子放出物質。尚、図中同一符号は同一又は相当部
分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電極を有する発光アーク管、及び前記電極を
   電源に接続する手段を備え、前記電極が前記発光
   アーク管中の前記発光アーク管の両端近くに機能
   的に支持されて前記電極間に細長いアーク放電が
   持続される高強度ナトリウム−水銀蒸気放電灯に
   おいて、 前記電極の各々は、 前記発光アーク管の一端近くに支持される一端
   部分、及び前記発光アーク管の内部へ向かつて少
   しだけ突出している他端部分を有する細長い耐火
   金属部材と、 この細長い耐火金属部材の前記発光アーク管内
   部へ突出している他端部分に設けられた覆い用耐
   火金属コイル手段と、 この覆い用耐火金属コイル手段の巻線部分間に
   設けられた電子放出物質と、 を備え、 前記電子放出物質はBa₂CaM″O₆及び
   M₃M′₂M″O₉から成る群のうちの１つから選択さ
   れたものであつて、Ｍがアルカリ土類金属で少な
   くともバリウムを主成分とするもの、M′がイツ
   トリウム若しくはランタニド族希土類金属又はこ
   れらのあらゆる混合物、及びM″がタングステン
   若しくはモリブデン又はこれらのあらゆる混合物
   であり、かつ前記電子放出物質には所定百分率の
   焼結用被着材が混合されており、この焼結用被着
   材は、バリウム酸化物−タングステン酸化物
   （BaO−WO₃）、カルシウム酸化物−タングステ
   ン酸化物（CaO−WO₃）、及びストロンチウム酸
   化物−タングステン酸化物（SrO−WO₃）の共融
   混合物のうちの１種以上のうちから選択されたも
   のである高強度ナトリウム−水銀蒸気放電灯。 ２ 電子放出物質は更に耐火金属微粉末を含んで
   いる特許請求の範囲第１項記載の高強度ナトリウ
   ム−水銀蒸気放電灯。 ３ 電子放出物質と焼結用被着材とは、前者が50
   −98重量％で、後者が２−50重量％の比率になつ
   ている特許請求の範囲第１項又は第２項記載の高
   強度ナトリウム−水銀蒸気放電灯。 ４ 電子放出物質と焼結用被着材とは、前者が90
   −95重量％で、後者が５−10重量％の比率になつ
   ている特許請求の範囲第１項又は第２項記載の高
   強度ナトリウム−水銀蒸気放電灯。 ５ 耐火金属微粉末はタングステン、モリブデ
   ン、タンタル、若しくはニオブのうちの少なくと
   も１つである特許請求の範囲第２項記載の高強度
   ナトリウム−水銀蒸気放電灯。 ６ 耐火金属微粉末は電子放出物質の５〜80重量
   ％含まれている特許請求の範囲第２項又は第５項
   記載の高強度ナトリウム−水銀蒸気放電灯。 ７ 耐火金属微粉末はタングステンであり、電子
   放出物質の20重量％含まれている特許請求の範囲
   第６項記載の高強度ナトリウム−水銀蒸気放電
   灯。 ８ 電極を有する発光アーク管、及び前記電極を
   電源に接続する手段を備え、前記電極が前記発光
   アーク管中の前記発光アーク管の両端近くに機能
   的に支持されて前記電極間に細長いアーク放電が
   持続される高強度ナトリウム−水銀蒸気放電灯に
   おいて、 前記電極の各々は、 一端が前記発光アーク管の一端近くに支持され
   る一端部分、及び前記発光アーク管の内部へ向か
   つて少しだけ突出している他端部分を有する細長
   い耐火金属部材と、 この細長い耐火金属部材の前記内部へ突出して
   いる他端部分に設けられた覆い用耐火金属コイル
   手段と、 この覆い用耐火金属コイル手段の巻線部分間に
   設けられた電子放出物質と、 を備え、 前記電子放出物質はBa₂CaM″O₆及び
   M₃M′₂M″O₉から成る群のうちの１つから選択さ
   れたものであつて、Ｍがアルカリ土類金属で少な
   くともバリウムを主成分とするもの、M′がイツ
   トリウム若しくはランタニド族希土類金属又はこ
   れらのあらゆる混合物、及びM″がタングステン
   若しくはモリブデン又はこれらのあらゆる混合物
   であり、かつ前記電子放出物質には所定百分率の
   焼結用被着材が混合されており、この焼結用被着
   材は、バリウム酸化物、カルシウム酸化物、及び
   ストロンチウム酸化物とタングステン酸化物若し
   くはモリブデン酸化物若しくはこれらの混合物の
   いずれかとの共融混合物のうちの１種以上のうち
   から選択されたものである高強度ナトリウム−水
   銀蒸気放電灯。 ９ 電子放出物質と焼結用被着材とは、前者が50
   −98重量％で、後者が２−50重量％の比率である
   特許請求の範囲第８項記載の高強度ナトリウム−
   水銀蒸気放電灯。 １０ 電子放出物質と焼結用被着材とは、前者が
   90−95重量％で、後者が５−10重量％の比率であ
   る特許請求の範囲第８項記載の高強度ナトリウム
   −水銀蒸気放電灯。 １１ 電子放出物質は更に耐火金属微粉末を含ん
   でいて、この耐火金属粉末はタングステンであ
   り、前記電子放出物質の20重量％である特許請求
   の範囲第９項記載の高強度ナトリウム−水銀蒸気
   放電灯。