放電灯用電極及びそれを用いた蛍光ランプ
【課題】放電ランプの点灯中におけるエミッタの消耗を抑制できるとともに、エミッタと電極との結着力を向上させることができる放電灯用電極を提供する。
【解決手段】本発明の放電灯用電極は、エミッタ５が被着され、エミッタ５は、第１のエミッタ成分５ａとして、組成式ＡＯで示される酸化物を少なくとも１種類含み、前記組成式中のＡは、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれるいずれかの元素であり、第２のエミッタ成分５ｂとして、金属Ｍ及び金属酸化物ＭxＯyから選ばれる少なくとも１種類を含み、前記Ｍは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇ及び遷移金属元素から選ばれるいずれかの元素であり、前記ｘ及び前記ｙは、整数であり、第１のエミッタ成分５ａの平均粒径をａ、第２のエミッタ成分５ｂの平均粒径をｂとすると、ａ／ｂ＞３の関係を有することを特徴とする。
【解決手段】本発明の放電灯用電極は、エミッタ５が被着され、エミッタ５は、第１のエミッタ成分５ａとして、組成式ＡＯで示される酸化物を少なくとも１種類含み、前記組成式中のＡは、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれるいずれかの元素であり、第２のエミッタ成分５ｂとして、金属Ｍ及び金属酸化物ＭxＯyから選ばれる少なくとも１種類を含み、前記Ｍは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇ及び遷移金属元素から選ばれるいずれかの元素であり、前記ｘ及び前記ｙは、整数であり、第１のエミッタ成分５ａの平均粒径をａ、第２のエミッタ成分５ｂの平均粒径をｂとすると、ａ／ｂ＞３の関係を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯用電極及びそれを用いた蛍光ランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光ランプなどの放電ランプの電極には、始動性及びランプ効率を向上させるために、バリウム、カルシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属の酸化物から成るエミッタ（電子放射性物質）を被着させている。これらのエミッタ成分は、原料段階ではアルカリ土類金属の炭酸塩として準備され、そのアルカリ土類金属の炭酸塩を有機溶媒中に分散させた縣濁液の状態で電極に塗布される。縣濁液中には、エミッタ成分であるアルカリ土類の炭酸塩が電極に付着しやすいように、有機バインダーが混合されている。その後、蛍光ランプの製造工程の一つである排気工程において、電極に通電することによりエミッタ成分を加熱し、アルカリ土類金属の炭酸塩から酸化物に加熱分解させ、アルカリ土類金属の酸化物から成るエミッタを形成している。上記加熱の際には、有機バインダーも一緒に酸化・分解されて除去される。
【０００３】
蛍光ランプは、主にエミッタが消失することにより寿命に至る。そのため、蛍光ランプの長寿命化を図るには、エミッタの損失・消耗をいかに抑制するかが重要である。
【０００４】
エミッタが損失・消耗する原因としては、大きく２つが考えられる。第１に、蛍光ランプが使用者の元で使用される時に発生するエミッタの蒸発による損失・消耗が挙げられる。蛍光ランプの始動時及び点灯時においてエミッタは蒸発により消耗する。特にランプが始動する際のエミッタの消耗量は多い。従来、このエミッタの蒸発を抑制する方法として、エミッタ成分にジルコニウム又は酸化ジルコニウムを混合する方法が提案され、広く実用化されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
エミッタが損失・消耗する第２の原因としては、蛍光ランプが使用者の元に届くまでの間に、蛍光ランプが振動・衝撃を受けてエミッタが脱落することが挙げられる。振動・衝撃によるエミッタの脱落は、蛍光ランプが作製される際のプロセス要因に大きく影響を受ける。即ち、蛍光ランプの排気工程においてエミッタ成分の炭酸塩が酸化物に加熱分解する際、適切な温度プロファイルで行わないと、分解後のエミッタと電極との結着力が低くなるため、振動・衝撃に弱くなる場合がある。しかし、いかに排気工程においてエミッタ成分の炭酸塩の加熱分解を適切な温度プロファイルで行っても、結着力の低下を抑制することはできても、向上させることはできない。
【０００６】
なお、本発明に関連する先行技術文献としては、特許文献２がある。
【特許文献１】特公昭２８−２１１８号公報
【特許文献２】特開平４−２１５２４１号公報（特許第３０７４６５１号公報）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、振動・衝撃によるエミッタの脱落を防ぐために、エミッタと電極との結着力を向上させる効果的な手法は提案されていない。また、前述のように、蛍光ランプ点灯中のエミッタの消耗を抑制する方法は知られているが、エミッタにジルコニウム又は酸化ジルコニウムを混合させる方法では、エミッタと電極との結着力を効果的に向上させることはできない。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決したもので、放電ランプの点灯中におけるエミッタの消耗を抑制できるとともに、エミッタと電極との結着力を向上させた放電灯用電極及びそれを用いた蛍光ランプを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の放電灯用電極は、エミッタが被着された放電灯用電極であって、前記エミッタは、第１のエミッタ成分と第２のエミッタ成分とを含み、前記第１のエミッタ成分は、組成式ＡＯで示される酸化物を少なくとも１種類含み、前記組成式中のＡは、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれるいずれかの元素であり、前記第２のエミッタ成分は、金属Ｍ及び金属酸化物ＭxＯyから選ばれる少なくとも１種類を含み、前記Ｍは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇ及び遷移金属元素から選ばれるいずれかの元素であり、前記ｘ及び前記ｙは、整数であり、前記第１のエミッタ成分の平均粒径をａ、前記第２のエミッタ成分の平均粒径をｂとすると、ａ／ｂ＞３の関係を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の蛍光ランプは、上記本発明の放電灯用電極を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の放電灯用電極は、放電ランプの点灯中におけるエミッタの消耗を抑制できるとともに、エミッタと電極との結着力を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の蛍光ランプは、本発明の放電灯用電極を用いることにより、長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の放電灯用電極は、第１のエミッタ成分と第２のエミッタ成分とを含むエミッタが被着された電極である。上記第１のエミッタ成分は、組成式ＡＯで示される酸化物を少なくとも１種類含み、上記組成式中のＡは、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれるいずれかの元素である。また、上記第２のエミッタ成分は、金属Ｍ及び金属酸化物ＭxＯyから選ばれる少なくとも１種類を含み、上記Ｍは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇ及び遷移金属元素から選ばれるいずれかの元素であり、上記ｘ及び上記ｙは、整数である。さらに、上記第１のエミッタ成分の平均粒径をａ、上記第２のエミッタ成分の平均粒径をｂとすると、ａ／ｂ＞３の関係を有している。
【００１４】
ａ／ｂ＞３の関係を有すること、即ち、第１のエミッタ成分の平均粒径に比べて、第２のエミッタ成分の平均粒径を１／３未満の大きさにすることにより、エミッタと電極との結着力を向上することができる。これは、ａ／ｂ＞３の関係を有すると、第２のエミッタ成分の単位重量あたりの表面積が、第１のエミッタ成分の表面積に比べて９倍以上になるので、第１のエミッタ成分に対する第２のエミッタ成分の物理吸着量が増加し、エミッタと電極との結着力が向上するものと考えられる。これにより、放電ランプに衝撃や振動が加わってもエミッタの脱落を抑制できる。また、上記エミッタを用いることにより、放電ランプの点灯中におけるエミッタの消耗も抑制できる。
【００１５】
また、上記第１のエミッタ成分の平均粒径ａと、上記第２のエミッタ成分の平均粒径ｂとの関係は、ａ／ｂ＞５であることがより好ましい。これにより、エミッタと電極との結着力をより向上することができる。ａ／ｂの上限については特に制限されないが、エミッタ成分を合理的に製造するためには、ａ／ｂ＜１７であることが好ましく、ａ／ｂ＜１０であることがより好ましい。
【００１６】
上記Ａと上記Ｍとは、ともにＣａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれるいずれかの元素であることが好ましい。これにより、第１のエミッタ成分及び第２のエミッタ成分ともに従来のエミッタと同様の組成とすることができるので、従来のエミッタの電子放射性を維持しながら、エミッタと電極との結着力を向上することができる。
【００１７】
一方、本発明の蛍光ランプは、上記本発明の放電灯用電極を備えている。これにより、エミッタと電極との結着力が向上するとともに、点灯中のエミッタの消耗も抑制できるので、蛍光ランプの長寿命化を図ることができる。
【００１８】
また、上記放電灯用電極としては、タングステンコイルを備えたフィラメント電極を用いることができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２０】
図１は、本発明の蛍光ランプの一例である直管形蛍光ランプの一部切欠断面図である。図１において、蛍光ランプ１は、ガラスなどから成るバルブ２と、バルブ２の両端部に設けられた一対のタングステンコイルなどから成るフィラメント電極３と、ガラスなどから成る細管４とを備えている。フィラメント電極３の表面にはエミッタ５が被着している。フィラメント電極３は、ニッケル線などから成る内部導入線６を用いてかしめることにより固定されている。
【００２１】
バルブ２の内面には蛍光体７が被着されている。バルブ２の内部の放電空間８は、適当量のアルゴンなどの希ガスで満たされているとともに、水銀滴９が充填されている。放電空間８は、細管４と空間的につながっている。
【００２２】
上記蛍光体７としては、例えば、ユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体、セリウムテルビウム付活燐酸ランタン蛍光体、ユーロピウム付活ハロ燐酸ストロンチウム蛍光体、ユーロピウム付活バリウムマグネシウムアルミネート蛍光体、ユーロピウムマンガン付活バリウムマグネシウムアルミネート蛍光体、テルビウム付活セリウムアルミネート蛍光体、テルビウム付活セリウムマグネシウムアルミネート蛍光体、アンチモン付活ハロ燐酸カルシウム蛍光体などを単独又は混合して使用できる。
【００２３】
本実施形態の蛍光ランプは、その形状、サイズ、ワット数、及び蛍光ランプが放つ光色、演色性などについては特に限定されるものではない。形状については、本実施形態の直管に限らず、例えば、丸形、二重環形、ツイン形、コンパクト形、Ｕ字形、電球形などがあり、熱陰極形蛍光ランプすべてに適用可能である。サイズについては、例えば４形〜１１０形などがある。ワット数については、例えば数ワット〜百数十ワットなどがある。光色については、例えば、昼光色、昼白色、白色、温白色、電球色などがある。
【００２４】
図２は、図１の蛍光ランプに用いたフィラメント電極（本発明の放電灯用電極の一例）の表面の模式図である。図２において、フィラメント電極３の表面にはエミッタ５が被着されている。上記エミッタ５は、第１のエミッタ成分５ａと第２のエミッタ成分５ｂとを含んでいる。第１のエミッタ成分５ａは、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯから選ばれる少なくとも１種類の酸化物から成る。第１のエミッタ成分の平均粒径は特に限定されないが、例えば１μｍ〜１０μｍとすることができる。また、上記第２のエミッタ成分５ｂは、金属Ｍ及び金属酸化物ＭxＯyから選ばれる少なくとも１種類から成り、上記Ｍは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇ及び遷移金属元素から選ばれるいずれかの元素であり、上記ｘ及び上記ｙは、整数である。第２のエミッタ成分５ｂの平均粒径は、第１のエミッタ成分５ａの平均粒径の１／３未満とし、より好ましくは１／５以下である。これにより、第２のエミッタ成分５ｂの表面積が第１のエミッタ成分５ａの表面積に対して増加するので、第１のエミッタ成分５ａに対する第２のエミッタ成分５ｂの物理吸着量が増加し、エミッタ５とフィラメント電極３との結着力が向上する。
【００２５】
フィラメント電極３は、例えばタングステンコイルから形成され、そのコイルは、二重コイル、三重コイル、四重コイルのいずれのタイプでも使用できる。
【００２６】
次に、上記フィラメント電極３の製造方法の一例を説明する。先ず、第１のエミッタ原料として平均粒径１μｍ〜１０μｍのＣａＣＯ3、ＳｒＣＯ3及びＢａＣＯ3を準備する。また、第１のエミッタ原料を粉砕機で粉砕することにより、第１のエミッタ原料の平均粒径の１／３未満、好ましく１／５以下の平均粒径を有する第２のエミッタ原料を作製する。第２のエミッタ原料としては、上記以外の成分としてＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇ及び遷移金属元素から選ばれる金属、又はそれらの炭酸塩を用いることができる。
【００２７】
本明細書において、上記第１のエミッタ原料と上記第２のエミッタ原料の平均粒径は、超音波減衰分光法により測定することができる。
【００２８】
次に、上記第１のエミッタ原料及び上記第２のエミッタ原料に、バインダーと溶媒とを加え、攪拌機で攪拌してエミッタ塗布液を作製する。上記バインダーとしては、例えば、ニトロセルロース、エチルセルロース、ポリエチレンオキシドなどが使用できる。また、上記溶媒としては、酢酸ブチル、化学式ＣnＨ2n+1ＯＨ（ｎ＝１〜４）で表されるアルコールなどが使用できる。
【００２９】
次に、上記エミッタ塗布液をフィラメント電極３の表面に塗布する。塗布量は、エミッタ塗布液の種類及びフィラメント電極３のタイプ、長さなどによって異なるが、１ｍｇ〜１０ｍｇが塗布される。エミッタ塗布液が塗布されたフィラメント電極３は、通常の方法でバルブ２に装着され、排気工程においてフィラメント電極３に０．２Ａ〜１．５Ａの電流を流すことにより加熱される。この加熱により、第１のエミッタ原料及び第２のエミッタ原料は、炭酸塩から酸化物に分解され、それぞれ第１のエミッタ成分５ａと第２のエミッタ成分５ｂとになる。なお、第２のエミッタ原料としてＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇ及び遷移金属元素から選ばれた金属を用いた場合には、第２のエミッタ原料が主として第２のエミッタ成分５ｂとなる。
【００３０】
以上のようにして本発明の放電灯用電極であるフィラメント電極が製造できるが、その製造方法は上記のものに限定はされない。
【実施例】
【００３１】
次に、実施例に基づき本発明を説明する。
【００３２】
（実施例１）
＜エミッタ塗布液の作製＞
第１のエミッタ原料として、平均粒径が３μｍの炭酸カルシウム３重量部と、平均粒径が３μｍの炭酸ストロンチウム５重量部と、平均粒径が３μｍの炭酸バリウム６重量部とを準備した。また、上記第１のエミッタ原料を粉砕機で粉砕することにより、炭酸カルシウム３重量部、炭酸ストロンチウム５重量部及び炭酸バリウム６重量部から成る平均粒径０．５μｍの第２のエミッタ原料を準備した。
【００３３】
次に、上記第１のエミッタ原料３５重量部と上記第２のエミッタ原料３５重量部とに、バインダーとして１重量部のニトロセルロースと、溶媒として２７重量部の酢酸ブチルと、添加剤として２重量部のジルコニウムとを加えて、攪拌機を用いて混合した。
【００３４】
＜フィラメント電極の作製＞
フィラメントコイルとしてタングステン製の二重コイルを準備した。コイルの一重部のコイル巻き幅は２５０μｍ、二重部のコイル巻き幅は１５００μｍ、コイル線径は７０μｍ、全体の重量は２５ｍｇとした。このコイルに上記エミッタ塗布液を５ｍｇ塗布した。次に、このコイルに０．３Ａ〜０．６Ａの電流を徐々に電流値を上げながら１分間流して加熱することにより、フィラメントコイルの表面にエミッタを被着させ、本実施例のフィラメント電極を作製した。
【００３５】
（比較例１）
平均粒径が３μｍの第１のエミッタ原料のみを用いた以外は、実施例１と同様にしてフィラメント電極を作製した。
【００３６】
＜エミッタの観察及び分析＞
実施例１のフィラメント電極の表面を電子顕微鏡で観察したところ、コイルの表面に粒径が約２μｍ〜４μｍの大径粒子と、粒径が約０．２μｍ〜０．６μｍの小径粒子とが観察され、小径粒子は大径粒子の隙間を埋めるようにして存在していた。一方、比較例１のフィラメント電極を上記と同様にして観察したところ、コイルの表面には粒径が約２μｍ〜４μｍの大径粒子のみが観察された。なお、電極に被着された粒子の平均粒径は、電子顕微鏡画像に写った複数の粒子の直径を算術平均することにより求めることができる。
【００３７】
次に、実施例１のフィラメント電極からエミッタを剥ぎ取り、その剥ぎ取ったエミッタをＩＣＰ発光分析法により成分分析を行ったところ、剥ぎ取ったエミッタにはＣａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｒの各元素が含まれていることが確認された。また、比較例１のフィラメント電極のエミッタについても同様にして成分分析したところ、実施例１と同様の結果を得た。
【００３８】
＜耐震性の評価＞
先ず、実施例１で作製したフィラメント電極の重量を測定した。次に、重量１００ｇの金属製の密閉容器に実施例１のフィラメント電極を入れ、高さ１ｍから５回コンクリート製の床に落下させた。その後、フィラメント電極を密閉容器から取り出し、その重量を測定した。フィラメント電極の落下前の重量から落下後の重量を差し引いた重量をエミッタの損失量とした。比較例１のフィラメント電極についても上記と同様にしてエミッタの損失量を測定した。
【００３９】
その結果、比較例１のフィラメント電極の損失量を１００％とすると、実施例１のフィラメント電極の損失量は７９％であった。この結果より、実施例１のフィラメント電極は、比較例１のフィラメント電極に比べてエミッタの脱落に対する耐震性が高いことが分かる。
【００４０】
（実施例２）
実施例１で作製したエミッタ塗布液を塗布したフィラメント電極を用いて下記のようにして蛍光ランプを作製した。
【００４１】
蛍光体としては、赤色蛍光体：ユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体（Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ3+）（通称：ＹＯＸ）、緑色蛍光体：セリウムテルビウム付活燐酸ストロンチウム蛍光体（ＬａＰＯ4：Ｃｅ3+，Ｔｂ3+）（通称：ＬＡＰ）、青色蛍光体：ユーロピウム付活アルミン酸バリウムマグネシウム蛍光体（（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+）（通称：ＳＣＡ）からなる三波長型蛍光体を用いた。各蛍光体の混合割合は、ＹＯＸ：３５重量％、ＬＡＰ：３５重量％、ＳＣＡ：３０重量％とした。
【００４２】
＜蛍光体塗布液の作製＞
先ず、蛍光体塗布液の材料として以下のものを準備した。
(1) 溶媒：蒸留水
(2) 蛍光体：上記三波長型蛍光体
(3) 増粘剤：蛍光体１ｋｇあたり１５ｇのポリエチレンオキシド（重量平均分子量：約１００万）
(4) 結着剤：蛍光体１ｋｇあたり３０ｇのアルミナ（平均粒径：３０ｎｍ）
次に、攪拌装置を用いて蒸留水にポリエチレンオキシドを溶解させた。その後、上記蛍光体、アルミナをこの順に添加して攪拌した。
【００４３】
＜蛍光ランプの作製＞
上記蛍光体塗布液を用いて蛍光ランプ（２０Ｗ直管タイプ）を次のようにして作製した。先ず、鉛直方向が長手方向になるように設置したガラス管の中に、上記蛍光体塗布液を上部から流し込み、自然流下させてガラス管の内側に蛍光体塗布液を付着させた。その後、付着した蛍光体塗布液を約６０℃程度の温風にて約１０分乾燥した。乾燥後、ガラス管全体をガス炉に入れて、空気中において約５５０℃の温度にて約３分間加熱し、蛍光膜をガラス管に焼付けて固着させた。続いて、ガラス管の管端部に、実施例１で作製したエミッタ塗布液を塗布したフィラメント電極と、水銀を封入したカプセルとを備えた排気管付きガラスを融着し、排気管からガラス管内部の空気をロータリーポンプにて真空排気した。この際、フィラメント電極に０．３Ａ〜０．６Ａの電流を徐々に電流値を上げながら１分間流した。最後に、アルゴンガスを封入し、電極端子を取り付けて蛍光ランプを作製した。
【００４４】
（比較例２）
比較例１で作製したエミッタ塗布液を用いた以外は、実施例２と同様にして蛍光ランプを作製した。
【００４５】
＜蛍光ランプの寿命試験＞
実施例２と比較例２の蛍光ランプを用いて寿命試験を行った。その結果、実施例２の蛍光ランプは、比較例２の蛍光ランプと同程度の寿命時間（約８０００時間）を有していた。上記寿命試験は、２時間４５分間点灯／１５分間消灯の３時間を１サイクルとして繰り返し、点灯開始からランプが点灯しなくなるまでのトータル時間を寿命時間とした。
【００４６】
この結果より、実施例２の蛍光ランプは、点灯中におけるエミッタの消耗も従来の蛍光ランプと同程度に抑制できることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の放電灯用電極は、熱陰極を使用する放電ランプのすべてに適用可能であり、その産業上の価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の蛍光ランプの一例である直管形蛍光ランプの一部切欠断面図である。
【図２】本発明の放電灯用電極の一例であるフィラメント電極の表面の模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 蛍光ランプ
２ バルブ
３ フィラメント電極
４ 細管
５ エミッタ
５ａ 第１のエミッタ成分
５ｂ 第２のエミッタ成分
６ 内部導入線
７ 蛍光体
８ 放電空間
９ 水銀滴
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電灯用電極及びそれを用いた蛍光ランプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光ランプなどの放電ランプの電極には、始動性及びランプ効率を向上させるために、バリウム、カルシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属の酸化物から成るエミッタ（電子放射性物質）を被着させている。これらのエミッタ成分は、原料段階ではアルカリ土類金属の炭酸塩として準備され、そのアルカリ土類金属の炭酸塩を有機溶媒中に分散させた縣濁液の状態で電極に塗布される。縣濁液中には、エミッタ成分であるアルカリ土類の炭酸塩が電極に付着しやすいように、有機バインダーが混合されている。その後、蛍光ランプの製造工程の一つである排気工程において、電極に通電することによりエミッタ成分を加熱し、アルカリ土類金属の炭酸塩から酸化物に加熱分解させ、アルカリ土類金属の酸化物から成るエミッタを形成している。上記加熱の際には、有機バインダーも一緒に酸化・分解されて除去される。
【０００３】
蛍光ランプは、主にエミッタが消失することにより寿命に至る。そのため、蛍光ランプの長寿命化を図るには、エミッタの損失・消耗をいかに抑制するかが重要である。
【０００４】
エミッタが損失・消耗する原因としては、大きく２つが考えられる。第１に、蛍光ランプが使用者の元で使用される時に発生するエミッタの蒸発による損失・消耗が挙げられる。蛍光ランプの始動時及び点灯時においてエミッタは蒸発により消耗する。特にランプが始動する際のエミッタの消耗量は多い。従来、このエミッタの蒸発を抑制する方法として、エミッタ成分にジルコニウム又は酸化ジルコニウムを混合する方法が提案され、広く実用化されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
エミッタが損失・消耗する第２の原因としては、蛍光ランプが使用者の元に届くまでの間に、蛍光ランプが振動・衝撃を受けてエミッタが脱落することが挙げられる。振動・衝撃によるエミッタの脱落は、蛍光ランプが作製される際のプロセス要因に大きく影響を受ける。即ち、蛍光ランプの排気工程においてエミッタ成分の炭酸塩が酸化物に加熱分解する際、適切な温度プロファイルで行わないと、分解後のエミッタと電極との結着力が低くなるため、振動・衝撃に弱くなる場合がある。しかし、いかに排気工程においてエミッタ成分の炭酸塩の加熱分解を適切な温度プロファイルで行っても、結着力の低下を抑制することはできても、向上させることはできない。
【０００６】
なお、本発明に関連する先行技術文献としては、特許文献２がある。
【特許文献１】特公昭２８−２１１８号公報
【特許文献２】特開平４−２１５２４１号公報（特許第３０７４６５１号公報）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、振動・衝撃によるエミッタの脱落を防ぐために、エミッタと電極との結着力を向上させる効果的な手法は提案されていない。また、前述のように、蛍光ランプ点灯中のエミッタの消耗を抑制する方法は知られているが、エミッタにジルコニウム又は酸化ジルコニウムを混合させる方法では、エミッタと電極との結着力を効果的に向上させることはできない。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決したもので、放電ランプの点灯中におけるエミッタの消耗を抑制できるとともに、エミッタと電極との結着力を向上させた放電灯用電極及びそれを用いた蛍光ランプを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の放電灯用電極は、エミッタが被着された放電灯用電極であって、前記エミッタは、第１のエミッタ成分と第２のエミッタ成分とを含み、前記第１のエミッタ成分は、組成式ＡＯで示される酸化物を少なくとも１種類含み、前記組成式中のＡは、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれるいずれかの元素であり、前記第２のエミッタ成分は、金属Ｍ及び金属酸化物ＭxＯyから選ばれる少なくとも１種類を含み、前記Ｍは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇ及び遷移金属元素から選ばれるいずれかの元素であり、前記ｘ及び前記ｙは、整数であり、前記第１のエミッタ成分の平均粒径をａ、前記第２のエミッタ成分の平均粒径をｂとすると、ａ／ｂ＞３の関係を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の蛍光ランプは、上記本発明の放電灯用電極を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の放電灯用電極は、放電ランプの点灯中におけるエミッタの消耗を抑制できるとともに、エミッタと電極との結着力を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の蛍光ランプは、本発明の放電灯用電極を用いることにより、長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の放電灯用電極は、第１のエミッタ成分と第２のエミッタ成分とを含むエミッタが被着された電極である。上記第１のエミッタ成分は、組成式ＡＯで示される酸化物を少なくとも１種類含み、上記組成式中のＡは、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれるいずれかの元素である。また、上記第２のエミッタ成分は、金属Ｍ及び金属酸化物ＭxＯyから選ばれる少なくとも１種類を含み、上記Ｍは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇ及び遷移金属元素から選ばれるいずれかの元素であり、上記ｘ及び上記ｙは、整数である。さらに、上記第１のエミッタ成分の平均粒径をａ、上記第２のエミッタ成分の平均粒径をｂとすると、ａ／ｂ＞３の関係を有している。
【００１４】
ａ／ｂ＞３の関係を有すること、即ち、第１のエミッタ成分の平均粒径に比べて、第２のエミッタ成分の平均粒径を１／３未満の大きさにすることにより、エミッタと電極との結着力を向上することができる。これは、ａ／ｂ＞３の関係を有すると、第２のエミッタ成分の単位重量あたりの表面積が、第１のエミッタ成分の表面積に比べて９倍以上になるので、第１のエミッタ成分に対する第２のエミッタ成分の物理吸着量が増加し、エミッタと電極との結着力が向上するものと考えられる。これにより、放電ランプに衝撃や振動が加わってもエミッタの脱落を抑制できる。また、上記エミッタを用いることにより、放電ランプの点灯中におけるエミッタの消耗も抑制できる。
【００１５】
また、上記第１のエミッタ成分の平均粒径ａと、上記第２のエミッタ成分の平均粒径ｂとの関係は、ａ／ｂ＞５であることがより好ましい。これにより、エミッタと電極との結着力をより向上することができる。ａ／ｂの上限については特に制限されないが、エミッタ成分を合理的に製造するためには、ａ／ｂ＜１７であることが好ましく、ａ／ｂ＜１０であることがより好ましい。
【００１６】
上記Ａと上記Ｍとは、ともにＣａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれるいずれかの元素であることが好ましい。これにより、第１のエミッタ成分及び第２のエミッタ成分ともに従来のエミッタと同様の組成とすることができるので、従来のエミッタの電子放射性を維持しながら、エミッタと電極との結着力を向上することができる。
【００１７】
一方、本発明の蛍光ランプは、上記本発明の放電灯用電極を備えている。これにより、エミッタと電極との結着力が向上するとともに、点灯中のエミッタの消耗も抑制できるので、蛍光ランプの長寿命化を図ることができる。
【００１８】
また、上記放電灯用電極としては、タングステンコイルを備えたフィラメント電極を用いることができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２０】
図１は、本発明の蛍光ランプの一例である直管形蛍光ランプの一部切欠断面図である。図１において、蛍光ランプ１は、ガラスなどから成るバルブ２と、バルブ２の両端部に設けられた一対のタングステンコイルなどから成るフィラメント電極３と、ガラスなどから成る細管４とを備えている。フィラメント電極３の表面にはエミッタ５が被着している。フィラメント電極３は、ニッケル線などから成る内部導入線６を用いてかしめることにより固定されている。
【００２１】
バルブ２の内面には蛍光体７が被着されている。バルブ２の内部の放電空間８は、適当量のアルゴンなどの希ガスで満たされているとともに、水銀滴９が充填されている。放電空間８は、細管４と空間的につながっている。
【００２２】
上記蛍光体７としては、例えば、ユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体、セリウムテルビウム付活燐酸ランタン蛍光体、ユーロピウム付活ハロ燐酸ストロンチウム蛍光体、ユーロピウム付活バリウムマグネシウムアルミネート蛍光体、ユーロピウムマンガン付活バリウムマグネシウムアルミネート蛍光体、テルビウム付活セリウムアルミネート蛍光体、テルビウム付活セリウムマグネシウムアルミネート蛍光体、アンチモン付活ハロ燐酸カルシウム蛍光体などを単独又は混合して使用できる。
【００２３】
本実施形態の蛍光ランプは、その形状、サイズ、ワット数、及び蛍光ランプが放つ光色、演色性などについては特に限定されるものではない。形状については、本実施形態の直管に限らず、例えば、丸形、二重環形、ツイン形、コンパクト形、Ｕ字形、電球形などがあり、熱陰極形蛍光ランプすべてに適用可能である。サイズについては、例えば４形〜１１０形などがある。ワット数については、例えば数ワット〜百数十ワットなどがある。光色については、例えば、昼光色、昼白色、白色、温白色、電球色などがある。
【００２４】
図２は、図１の蛍光ランプに用いたフィラメント電極（本発明の放電灯用電極の一例）の表面の模式図である。図２において、フィラメント電極３の表面にはエミッタ５が被着されている。上記エミッタ５は、第１のエミッタ成分５ａと第２のエミッタ成分５ｂとを含んでいる。第１のエミッタ成分５ａは、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯから選ばれる少なくとも１種類の酸化物から成る。第１のエミッタ成分の平均粒径は特に限定されないが、例えば１μｍ〜１０μｍとすることができる。また、上記第２のエミッタ成分５ｂは、金属Ｍ及び金属酸化物ＭxＯyから選ばれる少なくとも１種類から成り、上記Ｍは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇ及び遷移金属元素から選ばれるいずれかの元素であり、上記ｘ及び上記ｙは、整数である。第２のエミッタ成分５ｂの平均粒径は、第１のエミッタ成分５ａの平均粒径の１／３未満とし、より好ましくは１／５以下である。これにより、第２のエミッタ成分５ｂの表面積が第１のエミッタ成分５ａの表面積に対して増加するので、第１のエミッタ成分５ａに対する第２のエミッタ成分５ｂの物理吸着量が増加し、エミッタ５とフィラメント電極３との結着力が向上する。
【００２５】
フィラメント電極３は、例えばタングステンコイルから形成され、そのコイルは、二重コイル、三重コイル、四重コイルのいずれのタイプでも使用できる。
【００２６】
次に、上記フィラメント電極３の製造方法の一例を説明する。先ず、第１のエミッタ原料として平均粒径１μｍ〜１０μｍのＣａＣＯ3、ＳｒＣＯ3及びＢａＣＯ3を準備する。また、第１のエミッタ原料を粉砕機で粉砕することにより、第１のエミッタ原料の平均粒径の１／３未満、好ましく１／５以下の平均粒径を有する第２のエミッタ原料を作製する。第２のエミッタ原料としては、上記以外の成分としてＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇ及び遷移金属元素から選ばれる金属、又はそれらの炭酸塩を用いることができる。
【００２７】
本明細書において、上記第１のエミッタ原料と上記第２のエミッタ原料の平均粒径は、超音波減衰分光法により測定することができる。
【００２８】
次に、上記第１のエミッタ原料及び上記第２のエミッタ原料に、バインダーと溶媒とを加え、攪拌機で攪拌してエミッタ塗布液を作製する。上記バインダーとしては、例えば、ニトロセルロース、エチルセルロース、ポリエチレンオキシドなどが使用できる。また、上記溶媒としては、酢酸ブチル、化学式ＣnＨ2n+1ＯＨ（ｎ＝１〜４）で表されるアルコールなどが使用できる。
【００２９】
次に、上記エミッタ塗布液をフィラメント電極３の表面に塗布する。塗布量は、エミッタ塗布液の種類及びフィラメント電極３のタイプ、長さなどによって異なるが、１ｍｇ〜１０ｍｇが塗布される。エミッタ塗布液が塗布されたフィラメント電極３は、通常の方法でバルブ２に装着され、排気工程においてフィラメント電極３に０．２Ａ〜１．５Ａの電流を流すことにより加熱される。この加熱により、第１のエミッタ原料及び第２のエミッタ原料は、炭酸塩から酸化物に分解され、それぞれ第１のエミッタ成分５ａと第２のエミッタ成分５ｂとになる。なお、第２のエミッタ原料としてＣａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇ及び遷移金属元素から選ばれた金属を用いた場合には、第２のエミッタ原料が主として第２のエミッタ成分５ｂとなる。
【００３０】
以上のようにして本発明の放電灯用電極であるフィラメント電極が製造できるが、その製造方法は上記のものに限定はされない。
【実施例】
【００３１】
次に、実施例に基づき本発明を説明する。
【００３２】
（実施例１）
＜エミッタ塗布液の作製＞
第１のエミッタ原料として、平均粒径が３μｍの炭酸カルシウム３重量部と、平均粒径が３μｍの炭酸ストロンチウム５重量部と、平均粒径が３μｍの炭酸バリウム６重量部とを準備した。また、上記第１のエミッタ原料を粉砕機で粉砕することにより、炭酸カルシウム３重量部、炭酸ストロンチウム５重量部及び炭酸バリウム６重量部から成る平均粒径０．５μｍの第２のエミッタ原料を準備した。
【００３３】
次に、上記第１のエミッタ原料３５重量部と上記第２のエミッタ原料３５重量部とに、バインダーとして１重量部のニトロセルロースと、溶媒として２７重量部の酢酸ブチルと、添加剤として２重量部のジルコニウムとを加えて、攪拌機を用いて混合した。
【００３４】
＜フィラメント電極の作製＞
フィラメントコイルとしてタングステン製の二重コイルを準備した。コイルの一重部のコイル巻き幅は２５０μｍ、二重部のコイル巻き幅は１５００μｍ、コイル線径は７０μｍ、全体の重量は２５ｍｇとした。このコイルに上記エミッタ塗布液を５ｍｇ塗布した。次に、このコイルに０．３Ａ〜０．６Ａの電流を徐々に電流値を上げながら１分間流して加熱することにより、フィラメントコイルの表面にエミッタを被着させ、本実施例のフィラメント電極を作製した。
【００３５】
（比較例１）
平均粒径が３μｍの第１のエミッタ原料のみを用いた以外は、実施例１と同様にしてフィラメント電極を作製した。
【００３６】
＜エミッタの観察及び分析＞
実施例１のフィラメント電極の表面を電子顕微鏡で観察したところ、コイルの表面に粒径が約２μｍ〜４μｍの大径粒子と、粒径が約０．２μｍ〜０．６μｍの小径粒子とが観察され、小径粒子は大径粒子の隙間を埋めるようにして存在していた。一方、比較例１のフィラメント電極を上記と同様にして観察したところ、コイルの表面には粒径が約２μｍ〜４μｍの大径粒子のみが観察された。なお、電極に被着された粒子の平均粒径は、電子顕微鏡画像に写った複数の粒子の直径を算術平均することにより求めることができる。
【００３７】
次に、実施例１のフィラメント電極からエミッタを剥ぎ取り、その剥ぎ取ったエミッタをＩＣＰ発光分析法により成分分析を行ったところ、剥ぎ取ったエミッタにはＣａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｒの各元素が含まれていることが確認された。また、比較例１のフィラメント電極のエミッタについても同様にして成分分析したところ、実施例１と同様の結果を得た。
【００３８】
＜耐震性の評価＞
先ず、実施例１で作製したフィラメント電極の重量を測定した。次に、重量１００ｇの金属製の密閉容器に実施例１のフィラメント電極を入れ、高さ１ｍから５回コンクリート製の床に落下させた。その後、フィラメント電極を密閉容器から取り出し、その重量を測定した。フィラメント電極の落下前の重量から落下後の重量を差し引いた重量をエミッタの損失量とした。比較例１のフィラメント電極についても上記と同様にしてエミッタの損失量を測定した。
【００３９】
その結果、比較例１のフィラメント電極の損失量を１００％とすると、実施例１のフィラメント電極の損失量は７９％であった。この結果より、実施例１のフィラメント電極は、比較例１のフィラメント電極に比べてエミッタの脱落に対する耐震性が高いことが分かる。
【００４０】
（実施例２）
実施例１で作製したエミッタ塗布液を塗布したフィラメント電極を用いて下記のようにして蛍光ランプを作製した。
【００４１】
蛍光体としては、赤色蛍光体：ユーロピウム付活酸化イットリウム蛍光体（Ｙ2Ｏ3：Ｅｕ3+）（通称：ＹＯＸ）、緑色蛍光体：セリウムテルビウム付活燐酸ストロンチウム蛍光体（ＬａＰＯ4：Ｃｅ3+，Ｔｂ3+）（通称：ＬＡＰ）、青色蛍光体：ユーロピウム付活アルミン酸バリウムマグネシウム蛍光体（（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+）（通称：ＳＣＡ）からなる三波長型蛍光体を用いた。各蛍光体の混合割合は、ＹＯＸ：３５重量％、ＬＡＰ：３５重量％、ＳＣＡ：３０重量％とした。
【００４２】
＜蛍光体塗布液の作製＞
先ず、蛍光体塗布液の材料として以下のものを準備した。
(1) 溶媒：蒸留水
(2) 蛍光体：上記三波長型蛍光体
(3) 増粘剤：蛍光体１ｋｇあたり１５ｇのポリエチレンオキシド（重量平均分子量：約１００万）
(4) 結着剤：蛍光体１ｋｇあたり３０ｇのアルミナ（平均粒径：３０ｎｍ）
次に、攪拌装置を用いて蒸留水にポリエチレンオキシドを溶解させた。その後、上記蛍光体、アルミナをこの順に添加して攪拌した。
【００４３】
＜蛍光ランプの作製＞
上記蛍光体塗布液を用いて蛍光ランプ（２０Ｗ直管タイプ）を次のようにして作製した。先ず、鉛直方向が長手方向になるように設置したガラス管の中に、上記蛍光体塗布液を上部から流し込み、自然流下させてガラス管の内側に蛍光体塗布液を付着させた。その後、付着した蛍光体塗布液を約６０℃程度の温風にて約１０分乾燥した。乾燥後、ガラス管全体をガス炉に入れて、空気中において約５５０℃の温度にて約３分間加熱し、蛍光膜をガラス管に焼付けて固着させた。続いて、ガラス管の管端部に、実施例１で作製したエミッタ塗布液を塗布したフィラメント電極と、水銀を封入したカプセルとを備えた排気管付きガラスを融着し、排気管からガラス管内部の空気をロータリーポンプにて真空排気した。この際、フィラメント電極に０．３Ａ〜０．６Ａの電流を徐々に電流値を上げながら１分間流した。最後に、アルゴンガスを封入し、電極端子を取り付けて蛍光ランプを作製した。
【００４４】
（比較例２）
比較例１で作製したエミッタ塗布液を用いた以外は、実施例２と同様にして蛍光ランプを作製した。
【００４５】
＜蛍光ランプの寿命試験＞
実施例２と比較例２の蛍光ランプを用いて寿命試験を行った。その結果、実施例２の蛍光ランプは、比較例２の蛍光ランプと同程度の寿命時間（約８０００時間）を有していた。上記寿命試験は、２時間４５分間点灯／１５分間消灯の３時間を１サイクルとして繰り返し、点灯開始からランプが点灯しなくなるまでのトータル時間を寿命時間とした。
【００４６】
この結果より、実施例２の蛍光ランプは、点灯中におけるエミッタの消耗も従来の蛍光ランプと同程度に抑制できることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の放電灯用電極は、熱陰極を使用する放電ランプのすべてに適用可能であり、その産業上の価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の蛍光ランプの一例である直管形蛍光ランプの一部切欠断面図である。
【図２】本発明の放電灯用電極の一例であるフィラメント電極の表面の模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 蛍光ランプ
２ バルブ
３ フィラメント電極
４ 細管
５ エミッタ
５ａ 第１のエミッタ成分
５ｂ 第２のエミッタ成分
６ 内部導入線
７ 蛍光体
８ 放電空間
９ 水銀滴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エミッタが被着された放電灯用電極であって、
前記エミッタは、第１のエミッタ成分と第２のエミッタ成分とを含み、
前記第１のエミッタ成分は、組成式ＡＯで示される酸化物を少なくとも１種類含み、
前記組成式中のＡは、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれるいずれかの元素であり、
前記第２のエミッタ成分は、金属Ｍ及び金属酸化物ＭxＯyから選ばれる少なくとも１種類を含み、
前記Ｍは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇ及び遷移金属元素から選ばれるいずれかの元素であり、
前記ｘ及び前記ｙは、整数であり、
前記第１のエミッタ成分の平均粒径をａ、前記第２のエミッタ成分の平均粒径をｂとすると、ａ／ｂ＞３の関係を有することを特徴とする放電灯用電極。
【請求項２】
ａ／ｂ＞５の関係を有する請求項１に記載の放電灯用電極。
【請求項３】
前記Ａと前記Ｍとは、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれるいずれかの元素である請求項１に記載の放電灯用電極。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯用電極を含むことを特徴とする蛍光ランプ。
【請求項５】
前記放電灯用電極は、タングステンコイルを含むフィラメント電極である請求項４に記載の蛍光ランプ。
【請求項１】
エミッタが被着された放電灯用電極であって、
前記エミッタは、第１のエミッタ成分と第２のエミッタ成分とを含み、
前記第１のエミッタ成分は、組成式ＡＯで示される酸化物を少なくとも１種類含み、
前記組成式中のＡは、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれるいずれかの元素であり、
前記第２のエミッタ成分は、金属Ｍ及び金属酸化物ＭxＯyから選ばれる少なくとも１種類を含み、
前記Ｍは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ｍｇ及び遷移金属元素から選ばれるいずれかの元素であり、
前記ｘ及び前記ｙは、整数であり、
前記第１のエミッタ成分の平均粒径をａ、前記第２のエミッタ成分の平均粒径をｂとすると、ａ／ｂ＞３の関係を有することを特徴とする放電灯用電極。
【請求項２】
ａ／ｂ＞５の関係を有する請求項１に記載の放電灯用電極。
【請求項３】
前記Ａと前記Ｍとは、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれるいずれかの元素である請求項１に記載の放電灯用電極。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯用電極を含むことを特徴とする蛍光ランプ。
【請求項５】
前記放電灯用電極は、タングステンコイルを含むフィラメント電極である請求項４に記載の蛍光ランプ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−３０５４２２（Ｐ２００７−３０５４２２Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３２８９９（Ｐ２００６−１３２８９９）
【出願日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]