专利名称：荧光灯用电极及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种荧光灯用电极及制造该电极的方法。
一般而言，荧光灯的寿命是取决于充满多线圈钨灯丝基本线圈内部之电子发射材料的消耗程度。这种消耗是由启动和维持灯的照明时材料固有的耗散与蒸发而引起的。对多线圈灯丝而言，实践中已采用双线圈灯丝、三线圈灯丝(其中将-细灯丝松散地绕在双线圈灯丝上)、块型线圈灯丝(其中的线圈以三线圈形式绕制而成)等等。
对于已知的电子发射材料，已采用的有含几个wt.%氧化锆的碱土金属(钡，锶及钙)氧化物的组合物，而在近年来经多种改进使得例如FL10的额定寿命为6000小时、FL20SS为8500小时及FL40SS和FLR40S为12000小时。
然而，由于近年来提出了地球环境问题，要求制造荧光灯时应节约自然资源，禁止释放含在灯管中的水银并且进一步延长放电灯的寿命。然而，按照已有技术制得的荧光灯不能确立任何合适的额定寿命水平。
对于延长荧光灯平均寿命的最简单的做法而言，对于多线圈灯丝增加电子发射材料的涂覆量被认为是一有效的方法。然而，已知的电子发射材料其电阻率高而导热系数低，且存在这样一些问题，即当对于多线圈灯丝增加电子发射材料的涂覆量时，制造荧光灯时的电热解作用(将碳酸盐转化为氧化物的处理)可能显得不够，其结果导致未分解的电子发射材料残留在灯管中从而影响电极上的电子发射，因此释放出不纯的气体，由此导致灯管壁发黑，光通量减少及类似现象，从而缩短了荧光灯的寿命并使灯的质量显著下降。
此外还存在另一问题，由于钨作为多线圈灯丝的基底材料，使有助于电子发射达到最大程度的氧化钡减少，从而产生游离的钡并降低了逸出功，而由于扩散而减少的电子发射基底的厚度最大为几十微米，因此即使为了增大涂覆量而增加了电子发射材料的厚度，仍无法有效地使用电子发射材料的主要部分，故不能延长荧光灯的平均寿命。
采用上述技术手段之荧光灯的实例在日本专利公开第43-10901号及日本专利公布第62-213059中已提及。但前者试图通过抑制电极表面的振动来防止噪音的产生却无法提出任何延长灯寿命的方法，后者试图防止灯管末端部分的变黑以延长灯寿命，但其特征在于缩短灯丝长度且具有最佳灯丝配置方式，因而不足以令人满意地延长灯寿命。它们未能解决前面所述的问题。
因而，本发明的一个基本目的在于提供一种解决上述问题的荧光灯用电极及制造电极的方法，从而能够用一种简单的办法在灯丝上涂覆大量电子发射材料并能延长灯寿命。
根据本发明，可用一种荧光灯用电极来实现上述的目的。其中，用含有碱土金属的电子发射材料涂覆在多线圈灯丝上，其特征为，电子发射材料由含有几个wt.%的氧化锆的碱土金属碳酸盐组合物与3至10wt.%选自由金属钽、铌、钨、钼及其等价材料族中多于一种的高熔点还原金属粉末的混合物所组成，且电子发射材料被充满整个线圈的空间直至多线圈灯丝绕组的端部的数匝。
通过以下参照附图对本发明所作的详细描述可明了本发明的目的及优点。
图1示出了根据本发明荧光灯用电极的一种实施例的带有部分剖面的透视图;
图2示出了根据本发明荧光灯用电极的另一种实施例的带有部分剖面的透视图;
图3按顺序示出了对根据本发明制造荧光灯用电极的方法进行说明的示意图;
图4示出了图3制造方法中电极涂层电子发射材料的变劣缺陷因数(drop away defective factor)对于增加的粘合剂的特性曲线。
现在参照示于附图中的实施例来描述本发明，可以理解，其目的并非将本发明仅限于这些实施例而是包括了在所附权项范围之内的所有变更、修改及等效做法。
根据本发明的荧光灯用电极是用将含有碱土金属的电子发射材料涂覆在多线圈灯丝上构成的。这里，所述电子发射材料是专门将含有几个wt.%氧化锆的碱土金属碳酸盐组合物与3至10wt.%高熔点还原金属粉末加以混合而特殊配制的。为了使这种还原金属以粉末形式相混合，应使用金属钽，铌，钨，钼及这些金属的等价材料中的一种或多种。
另一方面，对于多线圈灯丝，用电子发射材料充满整个线圈空间直至端部的数匝，即，使电子发射材料包覆从线圈绕组匝的始端至末端的整个区域。从这一点看，对于单线圈型及捧状线圈型灯丝而言，由于它们的结构，难以增加电子发射材料的涂覆量使之多于现有技术所可能提供的量。
这里，金属钽、铌、钨、钼或类似材料的金属粉末却具有高熔点，高还原能力及导热性但其电阻率小。通过将该金属粉末混入含几个wt.%氧化锆的碱土金属碳酸盐组合物，便能显著地改进电子发射材料的特性。即.如果将填充的电子发射材料处理成与作为多线圈灯丝之基底材料的钨相分离，具有高熔点的还原金属粉末的电阻率低而导热性高从而在制造灯时使电子发射材料的电热解能够可靠地进行，并能得到所需的碱土金属氧化物的组合物。
类似地，不管多线圈灯丝中的涂覆或填充的位置如何，还原金属粉末总是位于氧化钡的周围，因此，总能在极佳状态下产生游离的钡而无需对厚度或离开作为灯丝基底材料的钨的距离进行限定。此外，由于金属粉末本身具有高熔点，该粉末对由于荧炮灯点亮工作时因离子轰击而产生的溅射有高的承受能力。
接下来参照多个具体实施例对本发明进行描述。
在如图1所示的本发明实施例中，荧光灯用电极包括一用钨丝绕制成的多线圈灯丝11，该多线圈灯丝11例如可用一双线圈灯丝制成，引入线12a和12b被夹紧安装在灯丝的两端。此外，用电子发射材料涂覆多线圈灯丝11的整个绕组部分直至端部的数匝，即，从多线圈结构的绕组匝的始端涂覆至末端。这时，该电子放射材料13可由40wt.%的碳酸钡，31wt.%的碳酸锶，20wt.%的碳酸钙，6wt.%的氧化锆及3wt.%的金属钽组成。这里，各种碳酸盐并非单独使用而是分别为上述重量比的三种碳酸盐组合物，此外，考虑到对多线圈灯丝的粘附，金属钽粉末的粒子直径宜小于碳酸盐组合物的平均粒子直径。因此，当碳酸盐组合物的平均粒子直径为约5微米时，金属钽粉末的直径为2至3微米。
上述形成电子发射材料的混合物悬浮在含5wt.%硝酸纤维素的丁基酯酸纤维素溶液中，它被涂在多线圈灯丝11上以对其进行涂覆，随后经任一已知工艺使其适应于灯用的处理。使用上述方法后多线圈灯丝的保有电子发射材料13的量为多线圈灯丝用已知方法时的约3.5倍。电子发射材料13的导热率提高为已知材料的约5至7倍，且对于荧光灯前预热的启动能力没有不良影响。此外，由于金属钽粉末的粒子直径制得较小，可以看到在经受了振动试验之后，涂在灯丝上的电子发射材料13不会有显著的剥落现象。
随后，在试制各种瓦特数的荧光灯时采用上述做法的电极，通过测试发光来测其寿命，试验结果经与现有技术的荧光灯的相比可以证实，本技术可将寿命延长三倍以上。
对于金属钽粉末的混合量而言，已经发现，使用小于3wt.%的混合量将降低电子发射材料之特性的改进效果，而大于10wt.%的混合量会导致还原得过度从而使灯管壁的发黑趋向严重。相应地，希望把金属钽粉末的混合量设置在3至10wt%范围内。此外，当使用铌代替金属钽时得到与使用金属钽粉末同样的结果。
此外，为了证实金属钽粉末之混合物在电子发射材料中的作用，仅对荧光灯电极的多线圈灯丝的基本线圈进行涂覆，如已经知道的那样，在配制电子发射材料中不混合任何金属钽或任何等价材料，并将这种灯的寿命与同样其电极仅多线圈灯丝的基本线圈上涂敷有含金属钽的电子发射材料的荧光灯相比较，其结果表明，在材料中使用了金属钽的后一种灯与前一种灯相比较其寿命延长了约60%。对后者的电极进行组分分析，其结果证实了在具有含金属钽粉末的电子发射材料之涂层的电极中带有钽酸钡的成份。因此认为氧化钡的扩散由于这种钽酸钡而减弱，因此可减少氧化钡的消耗量从而有效地延长了灯的寿命。
在根据本发明的另一实施例中，用38wt.%碳酸钡，31wt.%碳酸锶、20wt.%碳酸钙、6wt.%氧化锆及5wt.%金属钽粉末的组合物来配制电子发射材料。用与前述实施例中相同的方式来制造含这种材料的电极并将它装在荧光灯中，最终得到与前述实施例大致相同的效果。
在本发明的另一种实施例中，用钨粉末来代替金属钽加以混合。这种情况下，钨粉末的混合量应为2至10wt.%且粉末的粉子直径应为2至3微米。由于钨的导热率为金属钽的2至3倍而其电阻率为金属钽的约1/2，因而可使其电子发射材料之特性的改进程度优于至少采用相同混合量的金属钡时的改进程度。即，电阻率减小许多而导热率更增高。由于可减少混合量，因此能增加电子发射材料的有效量，从而延长了荧光灯的寿命。此外，即使采用与钨同族的钼来代替钨亦可得到同样极佳的效果。
在根据本发明的又一实施例中，用37wt.%的硫酸钡，30wt.%的碳酸锶，19wt.%的碳酸钙，6wt.%的氧化锆、5wt.%钨粉末及3wt.%金属钽的混合物来制备电子发射材料13。已发现与前述实施例相比，这种混合物的材料在防止灯管壁发黑及延长灯寿命方面有相当的改进。这被认为是由于在易氧化的钨粉末中添加了金属钽从而可有效地抑制钨的氧化。
图2中所示的另一这种实施例中，在对多线圈灯丝直至线圈绕组末端匝的内部空间填充电子发射材料13之外，对多线圈灯丝11的基本线圈部分进行涂覆并填充电子发射材料14，这时，所采用的电子发射材料14是含35wt.%的碳酸钡，33wt.%的碳酸锶，25wt.%碳酸钙及7wt.%的氧化锆的混合物。用来填充绕组部分的电子发射材料13采用含32wt.%的碳酸钡，30wt.%的碳酸锶，23wt.%的碳酸钙，7wt.%的氧化锆及8wt.%的金属钽粉末的混合物。金属钽粉末的粒子直径与参照图1所描述的相同，且分别使电子发射材料13和14悬浮在含5wt.%硝酸纤维素的丁基醋酸纤维素溶液中进行涂覆及填充。
上述结构的结果是，整个多线圈灯丝11之电子发射材料的保留量达到已知材料的3倍或更多。通过混合金属钽，电子发射材料的导热率为已知材料的7至9倍，且对荧光灯前预热的启动能力无明显的不良影响。还可以看到在振动试验后电子发射材料无明显的剥落，这是由于使用了与电子发射材料相比平均粒子直径较小的金属钽粉末而造成的，且这种材料在实践使用中完全不存在问题。
前文已揭示，使用少于3wt.%的金属钽粉末混合量在特性的改进方面不能取得令人满意的效果，而多于15wt.%的量将使氧化钡还原过度从而使灯管壁严重发黑，因而不能延长灯的寿命。因此，要求本发明中金属钽的混合量在3至15wt.%的范围内。此外，当使用金属钽的同位素铌来代替钽时，能得到与本实施例相同的效果。
本发明的又一实施例中，在电子发射材料13中采用钨粉末代替金属钽粉末来填充参照图2的前述实施例中绕组的整个线圈空间。此时，要求将钨粉末的混合量选择为3至15wt.%而将其粒子直径选择为2至3微米。这里，由于钨的导热率为金属钽的2至3倍且其电阻率为金属钽的1/2，能够实现超过相同水平的特性的改善，即，减小电阻率并增大导热率。由于混合量可还原，显然增加了电子发射材料的有效量，且由于使用了钨粉末从而延长了荧光灯的寿命。
在根据本发明的另一实施例中，参照图2所描述电极的电子发射材料与一含32wt.%的碳酸钡，30wt.%的碳酸锶，22wt.%碳酸钙，6wt.%氧化锆、6wt.%钨粉末及4wt.%的金属钽粉末的混合物相比，可以看到使用这种电子发射材料可以在与前述实施例相比防止灯管壁发黑及延长灯寿命方面获得相当的改进。
可以理解，在根据前面所述各种实施例的荧光灯用电极中，多线圈灯丝可保留与现有技术之电极相比更多量的电子发射材料，并可将寿命延长为现有技术之电极寿命的三倍以上。
接下来，将对根据本发明荧光灯用电极的制造方法进行描述。在这一情况下，特别地，电子发射材料13是一低粘度悬浮液，且在涂覆及填充多线圈灯丝时，一次或多次将灯丝翻转180°从而使悬浮液状态的电子发射材料涂覆在多线圈灯丝上。
参照图3中制造步骤顺序的说明图来解释该制造方法。将其成份已参照图1首先进行解释的、形成电子发射材料的混合物与含有5wt.%硝酸纤维素的丁醋酸纤维素相混合，进行充分搅拌后，制备出具有低粘度(宜为约15秒)的悬浮液21。另一方面，如图3(a)中所示，多线圈灯丝11被水平地支撑着，其两端用压紧在灯丝两端并连在柱22上的引入线12固定。其顶端带有盛有部分悬浮液21的浸渍槽24的涂敷夹具23被设置成如图中箭头所示在悬浮液21的容器25中相对于水平支撑着的多线圈灯丝11向上及向下运动，从而使夹具23可在浸渍槽24完全浸入容器25中的悬浮液21的最低位置及水平多线圈灯丝完全浸入槽24的悬浮液21中的最高位置之间垂直移动。
这样，夹具23向上移动时，浸渍槽24中含有足够的悬浮液21从而使多线圈灯丝11浸入槽24的悬浮液中，灯丝11上便涂覆了悬浮液21，随后，当夹具23向下时，使涂敷有悬浮液21的多线圈灯丝11固化。由于在这种情况下悬浮液的粘度低，如图3(b)所示，悬浮液在多线圈灯丝11的绕组部件下侧位置形成一凝结部分21′。随后，将多线圈灯丝11翻转180度从而使绕组中的凝结部分21′如图3(c)所示相反地位于上部。如图3(d)所示将夹具23向上移动从而使灯丝11浸入浸渍槽24，并降低夹具23。随后，再对多线圈灯丝11进行固化，从而可形成相对于前面所述的凝结部分21′，位于绕组部件另一侧的又一凝结部分。
根据要求再次重复前述涂覆操作，使得悬浮液21充满多线圈灯丝11之绕组部件的整个线圈空间，从而使电子发射材料涂覆在多线圈灯丝上并稠密地充满绕组部件从始端至末端的整个线圈空间。
此外，在根据本发明用来制造荧光灯用电极之方法的另一实施例中，企图在前述制备悬浮液时增加用作粘合剂的硝酸纤维素的添加量从而提高制造荧光灯时的抗震性能。在这种情况下，如由图4中将看到的那样，粘合剂的量相对于形成电子发射材料的粉末材料量宜在2至6wt.%的范围内。当粘合剂的量小于2wt.%时，添加剂不足以提高抗震性能，而当粘合剂超过6wt.%时，电子发射材料的密度减小且可能脆裂。
权利要求
1.一种荧光灯用电极，其特征在于，包括一多线圈灯丝，填充至所述多线圈灯丝之绕组两端部匝的整个线圈中的电子发射材料，所述电子发射材料由将含有几个wt.%的氧化锆的碱土金属碳酸盐组合物与3至10wt.%的还原金属粉末相混合而组成，所述还原金属有高的熔点，它由金属钽、铌、钨、钼及其等价物质组成的族中选出一种以上的金属。
2.如权利要求1所述的电极，其特征在于，还包括填充在所述多线圈灯丝的基本线圈部分的又一电子发射材料，所述又一电子发射材料由含有至少几个wt.%的氧化锆的碱土金属的碳酸盐所组成。
3.一种制造荧光灯用电极的方法，其特征在于，包括以下步骤配制含有形成-电子发射材料的混合物的低粘度悬浮液，将多线圈灯丝的一侧浸渍在所述悬浮液中并对所述灯丝上的悬浮液进行干燥，完成所述干燥后，浸入所述悬浮液，翻转所述多线圈灯丝至另一侧，通过重复所述翻转并浸入灯丝的步骤，使所述电子发射材料填充至多线圈灯丝中灯丝绕组两端部匝的整个线圈空间。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述电子发射材料中混合入2至6wt.%的粘合剂。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述悬浮液包括含有用作粘合剂的硝酸纤维素的丁基醋酸纤维素溶液。
全文摘要
一种荧光灯用电极，包括用填充至绕组端部匝的电子发射材料进行填充的多线圈灯丝，所述电子发射材料由一用高熔点的还原金属粉末与碱土金属的碳酸盐组合物相混合来进行配制，由此延长了电极的寿命从而最终有效地延长了荧光灯的寿命。
文档编号H01J61/04GK1111396SQ94105219
公开日1995年11月8日 申请日期1994年5月4日 优先权日1992年12月2日
发明者今村博司 申请人:松下电工株式会社