JP2002110091A

JP2002110091A - 電極材料、高圧放電ランプおよび照明装置

Info

Publication number: JP2002110091A
Application number: JP2000301358A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Takahashi; 哲也高橋; Yasuhiro Iwato; 泰博岩藤; Kiyoko Kawashima; 淨子川島
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-12

Abstract

(57)【要約】【課題】高圧放電ランプなどの電極において、電極変形
および消耗を抑制し、安定的に電子放射性を維持する電
極材料を提供する。さらに管壁の石英ガラスとの失透を
抑制し高圧放電ランプの超寿命化を図る。【解決手段】タングステンのような高融点金属を基体と
し、ハフニウムまたはストロンチウムから選択される失
透抑制の機能を有する金属ならびにランタン、イットリ
ウム、セリウム、トリウムから選択される電子放射機能
を有する金属の複合酸化物を１〜４ｗｔ％含有している
合金からなる電極材料を高圧放電ランプＬＰ１の陰極３
に用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧放電ランプの
電極、特に水銀灯およびキセノンランプなどの陰極に適
した電極材料、この電極材料を用いた高圧放電ランプお
よび照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超高圧水銀ランプまたはキセノン
ランプに用いられる陰極として、酸化トリウムなどを添
加したタングステン合金が使用されており、また陽極に
は純度９９．９％以上の純タングステンまたはタングス
テンに結晶成長を抑制するためにＫ，Ｓｉ，Ａｌなどを
ドープしたドープトタングステンなどが使用されてい
る。

【０００３】ところで、上記酸化トリウムを添加したタ
ングステン電極材料（いわゆるトリエ−テッドタングス
テン材）は電子放射性に優れたものであるが、酸化トリ
ウムは放射性物質であるため原料の入手が困難となりつ
つあり、また、保管および取り扱いに厳重な管理が必要
であった。このため、酸化トリウムの添加を減少させる
または不要とすることが望まれている。

【０００４】また、この種のランプに使用される陰極
は、作動温度が高く、特に電極材料が飛散し電極が変形
しやすい問題があり、電極材料が飛散し管壁に付着する
などが要因となる黒化、失透の発生はランプの寿命特性
を悪化させ、また、電極の変形はアークの変形およびち
らつきの原因となっている。特に、近年の高圧放電ラン
プの小型化および高負荷化などに伴って、上記したよう
な電極の変形および消耗、また光束維持率の低下および
ランプの黒化などが一層生じやすい状況になっている。
特に高圧放電ランプは使用中内部の温度が高温であるた
め電極の温度が上昇しやすくなっており、これも電極の
変形および消耗などの一因となっている。

【０００５】点光源の機能を求められるような短ギャッ
プの高圧放電ランプの場合、特に電極の変形および消耗
によるアークの変形によって、光学系を通しての照度の
変化が顕著となりやすく、より信頼性の高い電極が求め
られている。

【０００６】このような問題を解決するため、新たな電
極材料として特許２７９２５４３号公報には、バリウム
を含む複合酸化物を高融点金属に添加した放電管用陰極
（従来例１）が開示され、また、特開平１１−５４０８
６号公報には硼化ランタンの化合物を添加したタングス
テン系電極材（従来例２）が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１に開示されているようにバリウムを含む複合酸化物を
上記のような高圧放電ランプに利用した場合電極温度が
３０００℃以上の高温となり、バリウムのような融点の
低い金属は、複合酸化物として添加したとしても蒸発を
抑制することができずに、電極材料が蒸発し電極が変形
するおよびランプが黒化するなどの不具合を生じてしま
う。

【０００８】また、従来例２にあるように硼化ランタン
を用いることで、電極の電子放射を向上させる場合に
は、蒸発したこれらの材料が発光管材料であるガラスに
付着し、特に硼化ランタンは融点が低く管壁に付着し管
壁の白濁によって透過率が低下するするなどの不具合が
生じている。

【０００９】本発明は、これらの不具合を解消するた
め、酸化トリウムのような放射性物質の添加量を減少す
るまたは不要とし、また電極の変形を抑制し、発光管材
料の失透を抑制することのできる電極材料を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の電極材
料は、高融点金属を基材とし、失透抑制の機能を有する
金属および電子放射機能を有する金属の複合酸化物を１
〜４ｗｔ％含有している合金であることを特徴とする。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１記載の電極材
料であって、失透抑制機能を有する金属は、ハフニウム
またはストロンチウムから選択され、電子放射機能を有
する金属は、ランタン、イットリウム、セリウム、トリ
ウムから選択することを特徴とする。

【００１２】本発明および以下の各発明において、特に
指定しない限り用語の定義および技術的意味は次によ
る。

【００１３】高融点金属とは、例えば、タングステン、
レニウム、モリブデンの１種またはこれらの合金を許容
する。

【００１４】失透抑制機能を有する金属は、ハフニウム
またはストロンチウムから選択される。

【００１５】電子放射機能を有する金属は、仕事関数が
低い金属から選択され、特にランタン、イットリウム、
セリウムなどの希土類、トリウムから選択することがで
きる。これらの金属は電子放射に優れた金属であること
が知られている。

【００１６】上記の失透抑制機能を有する金属と電子放
射機能を有する金属の複合酸化物を形成することで、金
属間の結合エネルギーが大きく、電子放射機能を有する
金属の蒸発を抑制することができる。特に電子放射機能
を有する金属である希土類は、使用中電極材料が蒸発す
るなどして飛散した場合、管壁材と反応し結晶化させ失
透を生じる問題があったが、このような金属が蒸発して
も、失透抑制機能を有している金属とともに蒸発される
ため、管壁での反応を低減することができる。

【００１７】また、電子放射機能を有する金属としてト
リウムのような電子放射物質を用いる場合であっても、
複合酸化物として電極材料に添加するため電子放射物質
の絶対量を低減することができる。

【００１８】電極材料は、高融点金属の粉末と、失透機
能を有する金属と電子放射機能を有する金属の複合酸化
物の粉末とを含む混合粉末を、電極形状に形成した後焼
結する、加圧成形後焼結したものを鍛造し電極形状に形
成するなどで製造することができ、焼結は、真空雰囲気
内で還元ガスを導入し過熱を行う焼結する方法、真空雰
囲気の中で段階的に昇温して加熱する焼結方法、放電プ
ラズマを用いて焼結する方法などを用いることができ
る。例えば、加熱焼結方法としては、水素雰囲気中で３
０００℃の高温化で焼結する方法、真空雰囲気の中で段
階的に昇温して加熱する焼結方法は、１次再結晶温度
（２０００〜２３００℃）で一定時間（３０分〜１時間
程度）保持した後２次再結晶温度以上（２５００℃程
度）に段階的に昇温する。このように形成した電極は電
極の再結晶粒径を安定させることができるためと考えら
れる。

【００１９】また、添加する複合酸化物を１〜４ｗｔ％
としたのは、複合酸化物が１ｗｔ％未満であれば、電子
放射性物質の量が微量過ぎるため電子放射性が悪化し、
このためこの電極材料で例えばランプの電極を構成した
場合に、ランプが立ち消える、不点灯となる不具合を生
じる。４ｗｔ％を越えると、高融点金属との合金とした
ときに、電極材料の融点が低下し、このためこの電極材
料でランプの電極を構成した場合に寿命中に電極材料が
蒸発し、電極が変形する、管壁に付着した電極材料によ
って管壁が黒化などを生じる虞があるためである。

【００２０】請求項１または２の発明によれば、安定的
に電子を放射することができ、かつ電極材料が蒸発する
などして管壁材に被着しても管壁材との反応を抑制し失
透などの不具合を低減することができる電極材料を提供
することができる。

【００２１】請求項３の発明の高圧放電ランプは、石英
ガラスからなる透光性容器と；透光性容器に少なくとも
１対が封装され、そのうちの少なくとも１つは請求項１
または２記載の電極材料からなる電極と；を具備してい
る。

【００２２】請求項４の発明の高圧放電ランプは、石英
ガラスからなる透光性容器と；透光性容器に封装される
請求項１または２に記載の電極材料からなる陰極と；陰
極に対向して透光性容器に封装される高融点金属からな
る陽極と；を具備している。

【００２３】高圧放電ランプは、水銀ランプ、メタルハ
ライドランプを示す。特に、本発明は点灯時の内圧が高
く、高負荷である超高圧放電ランプに適用することがで
きる。また、ランプは直流、交流どちらで点灯するもの
も許容するが、直流点灯ランプにおいて陰極側に本発明
の電極材料を用いることで、陰極の電子放射性を良好と
することができ、ランプの立消え、ちらつきを低減さ
せ、始動特性を良好とすることができる。

【００２４】請求項３の発明によれば、電極の変形およ
び消耗を低減でき、また、管壁材である石英ガラスとの
反応を抑制することができるため、高圧放電ランプを長
寿命化することができる。

【００２５】請求項４の発明によれば、請求項３の効果
に加えて、特に、陰極の電子放射性が向上することがで
きるため、寿命中の立消えを抑止し、さらにランプの長
寿命化に有効である

【００２６】請求項５の発明の照明装置は、照明装置本
体と；照明装置の光源として封装される請求項３または
４に記載の高圧放電ランプと；高圧放電ランプを点灯す
る点灯装置と；を具備している。

【００２７】本発明において、照明装置とは、高圧放電
ランプの発光を利用するあらゆる装置を意味しており、
たとえば照明器具、液晶などのバックライト、自動車用
ヘッドライト、露光装置などを含む。また、点灯装置と
は、高圧放電ランプを安定に点灯させるものであれば良
い。

【００２８】請求項５に発明によれば請求項３または４
の効果を奏する照明装置を提供することができる。

【００２９】

【発明の実施形態】本発明の光源装置の第１の実施例を
図１を参照して説明する。図１は、２５０Ｗタイプの超
高圧水銀ランプＬＰ１の断面図である。

【００３０】同図において、１は石英ガラスからなるバ
ルブでありこのバルブ１は楕円球状の放電空間１ａとそ
れに連通した一対の封止部１ｂ、１ｂを有している。封
止部１ｂ、１ｂにはそれぞれ陰極３、陽極４が収納され
ている。放電空間は最大径が２０ｍｍ、その肉厚が２ｍ
ｍである。放電空間１ａ内部には図示しない水銀１２０
ｍｇ、アルゴンガス５００ｔｏｒｒ（約６６．５ｋＰ
ａ）が封入されている。

【００３１】陰極３は、本発明の電極材料からなりその
先端は先端角が３０°をなす円錐形状に成形されて、そ
れ以外の電極軸３ａの軸径は１．５ｍｍである。

【００３２】陽極４は、放電空間１ａにおいて陰極と対
向配置されている。陽極４はドープトタングステンから
なり、径が２．５ｍｍの電極軸４ａの先端には径が４．
０ｍｍ、長さ８ｍｍの胴部４ｂを有している。

【００３３】陰極３および陽極４はそれらの基端部が封
止部１ｂ内に幅２ｍｍ、厚さ２６μｍ、長さ２８ｍｍの
モリブデンからなる箔導体６、６を介して封止,固定さ
れている。箔導体６には電気的に外部リード線７、７が
接続されている。

【００３４】バルブ１の封止部両端にはそれぞれ口金
８、８がセラミック接着剤（図示しない）によって固着
されており外部リード線７、７と電気的に内部で接続さ
れている。

【００３５】図２は、上記第１の実施形態のランプＬＰ
１を用いた紫外線照射装置１０の例を示す。同図におい
て、紫外線照射装置１０は、上記第１の実施形態の超高
圧水銀ランプＬＰと、この超高圧水銀ランプＬＰの周囲
に配置されて超高圧水銀ランプＬＰ１が発生した紫外線
を集光する楕円反射板１１と、この楕円反射板１１から
の紫外線を光ファイバ１２の受光面に向けて反射する平
板状の反射板１３、紫外線の照射面の熱を低減するため
の熱線カットフィルタ１４およびシャッタ１５とからな
っている。

【００３６】本実施形態のランプの陰極材として表１に
ある添加材を添加した電極材料を高圧放電ランプの陰極
に用いた実施例を示す。

【００３７】実施例１は、電極材料にタングステンを基
体とし添加物としてＨｆＬａ_２Ｏ_５を２．０ｗｔ％添加
したものを上記実施形態の超高圧放電ランプの陰極に使
用したものである。電極の大きさなども上記実施形態に
記載したものである。

【００３８】実施例２は、電極材料にタングステンを基
体とし添加物としてＨｆＴｈＯ_４を２．０ｗｔ％添加し
たものを上記実施形態の超高圧放電ランプの陰極に使用
したものである。電極の大きさなども上記実施形態に記
載したものと同一である。

【００３９】これらの実施例と比較を行うために比較例
１として、電極材料にタングステンを基体とし添加物と
してＬａ_２Ｏ_３を２．０ｗｔ％添加したものを上記実施
形態の超高圧放電ランプの陰極に使用したものをしめ
す。電極の大きさなども上記実施形態に記載したものと
同一である。

【００４０】また、比較例２は、電極材料にタングステ
ンを基体とし、添加物としてＴｈＯ _２を１．７ｗｔ％添
加したものを上記実施形態の超高圧放電ランプの陰極に
使用したものをしめす。電極の大きさなども上記実施形
態に記載したものである。

【００４１】これらのそれぞれの電極材料を陰極として
使用した超高圧放電ランプの寿命特性として、５００時
間経過後の紫外線（３６５ｎｍいわゆるｉ線）の照度維
持率の結果を表１に示す。

【表１】

【００４２】表１から明らかなように、実施例１および
２の各電極材料を用いた超高圧水銀ランプは比較例１お
よび２の電極材料を用いたものと比較して光束維持率に
優れていることが分かる。ランプをこの寿命試験後に観
察すると、電極、とくに陰極の変形、消耗が少なく、ま
たバルブ１の放電空間１ａの黒化が少なくなっているこ
とが観察された。これは、超高圧放電ランプの長寿命化
に大きく寄与するものである。

【００４３】

【発明の効果】請求項１または２の発明によれば、安定
的に電子を放射することができ、さらに電極材料が蒸発
するなどして、管壁材に被着したとしても、管壁材との
反応を抑制することのできる電極材料を提供することが
できる。

【００４４】請求項３の発明によれば、電極の変形およ
び消耗を低減でき、また、管壁材である石英ガラスとの
反応を抑制することができるため、高圧放電ランプを長
寿命化することができる。

【００４５】請求項４の発明によれば、請求項３の効果
に加えて、特に、陰極の電子放射性が向上することがで
きるため、寿命中の立消えを抑止し、さらにランプの長
寿命化に有効である

【００４６】請求項５に発明によれば請求項３または４
の効果を奏する照明装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の超高圧放電ランプの
断面図

【図２】第１の実施形態の超高圧放電ランプを用いた紫
外線照射装置の概略図

【符号の説明】

ＬＰ１…超高圧放電ランプ１…バルブ３…陰極４…陽極１０…紫外線照射装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川島淨子東京都品川区東品川四丁目３番１号東芝ライテック株式会社内Ｆターム(参考） 5C015 AA05 BB01 CC07 CC08 CC09 CC12 JJ08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高融点金属を基材とし、失透抑制の機能を
有する金属および電子放射機能を有する金属の複合酸化
物を１〜４ｗｔ％含有している合金であることを特徴と
する電極材料。
【請求項２】失透抑制機能を有する金属は、ハフニウム
またはストロンチウムから選択され、電子放射機能を有
する金属は、ランタン、イットリウム、セリウム、トリ
ウムから選択されることを特徴とする請求項１記載の電
極材料。
【請求項３】石英ガラスからなる透光性容器と；透光性
容器に少なくとも１対が封装され、そのうちの少なくと
も１つは請求項１または２記載の電極材料からなる電極
と；を具備したことを特徴とする高圧放電ランプ。
【請求項４】石英ガラスからなる透光性容器と；透光性
容器に封装される請求項１または２に記載の電極材料か
らなる陰極と；陰極に対向して透光性容器に封装される
高融点金属からなる陽極と；を具備することを特徴とす
る高圧放電ランプ。
【請求項５】照明装置本体と；照明装置の光源として封
装される請求項３または４に記載の高圧放電ランプと；
高圧放電ランプを点灯する点灯装置と；を具備すること
を特徴とする照明装置。