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TECHNISCHES GEBIET:
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrodenbauteil für
eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe, worin das Elektrodenbauteil
einen Elektrodenhauptkörperteil und einen Anschlussteil
umfasst, ein Verfahren zur Herstellung dieses Elektrodenbauteils
und eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe. Insbesondere betrifft die
vorliegende Erfindung ein Elektrodenbauteil, bei dem die Verringerung
der Leistungsfähigkeit, die durch Schweissen eines Elektrodenhauptkörperteils
an einen Anschlussteil verursacht wird, vermieden werden kann, und das
eine herausragende Produktivität aufweist.
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STAND DER TECHNIK:
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Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen
sind als verschiedene Lichtquellen verwendet worden, wie z. B. als Lichtquelle
zum Bestrahlen eines Originaldokuments in einem Kopierer, einem
Bildscanner oder dergleichen, und als Lichtquelle für eine
Hintergrundbeleuchtung (backlight) für einen Flüssigkristallmonitor
eines PCs oder eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung
(Flüssigkristallanzeige) eines Flüssigkristall-Fernsehers
oder dergleichen. Eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe ist typischerweise
mit einer zylindrischen Glasröhre, die an ihren inneren
Wandoberflächen eine Schicht eines fluoreszierenden Materials
aufweist, und einem Paar Elektroden, die jeweils eine mit einem
Boden versehene röhrenförmige Form (Tassenform)
aufweisen, die an beiden Enden der Glasröhre angeordnet
sind, versehen (siehe z. B. Patentdokumente 1 und 2). Innerhalb
der Glasröhre sind Edelgas und Quecksilber eingeschlossen.
An die Bodenendfläche von jeder Elektrode wird ein Anschlussdraht
geschweisst (siehe Absatz 0006 in Patentdokument 1 und Absatz 0003
in Patentdokument 2), und durch die Anschlussdrähte wird
eine Spannung angelegt. Die Fluoreszenzlampe emittiert durch den
folgenden Prozess Licht: Durch Anlegen einer hohen Spannung zwischen
den zwei Elektroden wird verursacht, dass Elektronen in der Glasröhre
mit den Elektroden kollidieren, um von den Elektroden Elektronen
zu emittieren (um eine elektrische Entladung zu verursachen). Die
Wechselwirkung zwischen dieser elektrischen Entladung und dem Quecksilber
in der Röhre geniert UV-Licht, und das fluoreszierende
Material emittiert Licht unter Verwendung des UV-Lichts.
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Ein
typisches Beispiel des Materials zur Bildung der vorstehenden Elektrode
ist Nickel, und andere Beispiele hiervon umfassen Molybdän,
Niob und Wolfram (siehe den Stand der Technik in den Patentdokumenten
1 und 2). Der Teil des Anschlussdrahtes an der Elektrodenseite wird
mit einem Verschlussteil der Glasröhre verbunden, und somit
wird der Anschlussdraht aus einem Material mit einem thermischen
Expansionskoeffizienten hergestellt, der nahe zu dem von Glas ist,
um es fest mit dem Glas zu verbinden. Typische Beispiele eines solchen
Materials umfassen Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen, als Kovar bezeichnet,
und Kompositlegierungen, als Dumet bezeichnet, worin ein Kernteil
aus einer Eisen-Nickel-Legierung mit einer Kupferschicht bedeckt
ist (siehe Patentdokument 2). Zusätzlich beschreiben die
Patentdokumente 1 und 2 Molybdän und Wolfram als Material
zur Bildung eines Anschlussdrahtes.
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Wenn
eine Elektrode und ein Anschlussdraht separat hergestellt und durch
Schweissen verbunden werden, kann sich die Elektrode wegen eines
Verbindungsversagens von dem Anschlussdraht während des Leuchtens
der Fluoreszenzlampe lösen. In einem Versuch für
eine zuverlässige Verbindung werden andererseits die Kristallkörner
eines Metalls, das die Elektrode aufbaut, durch die Wärme
während des Schweissens vergröbert, und die Leistungsfähigkeit
der Elektrode kann verringert werden. Um dieses Problem zu lösen,
offenbaren die Patentdokumente 1 und 2 ein Elektrodenbauteil, worin
eine Elektrode und ein Anschlussdraht integral gebildet sind. Als
Material dieses Elektrodenbauteils offenbart Patentdokument 1 Nickel
und Niob, und das Patentdokument 2 offenbart Wolfram und Molybdän.
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Patentdokument
1:
japanische ungeprüfte
Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2004-335407 -
Patentdokument
2:
japanische ungeprüfte
Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-242927 -
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG:
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Durch die Erfindung zu lösende
Probleme:
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Obwohl
Patentdokument 1 kein Verfahren zur Herstellung des Elektrodenbauteils
offenbart, sind Nickel und Niob bezüglich der plastischen
Formbarkeit (Umformbarkeit) herausragend, und somit wird angenommen,
dass das Elektrodenbauteil durch Umformen (plastische Bearbeitung;
plastic working) hergestellt werden kann. Jedoch besitzt Nickel
eine schlechte Zerstäubungsresistenz, d. h. die Zerstäubungsrate
von Nickel ist hoch. Wenn eine Elektrode aus Nickel in einer Fluoreszenzlampe
verwendet wird, ist daher die Elektrodenverbrauchsgeschwindigkeit
hoch, und somit wird die Lebensdauer der Fluoreszenzlampe kurz.
Die Zerstäubung bezieht sich auf ein Phänomen,
worin eine Substanz in einer Glasröhre mit einer Elektrode
kollidiert und hierdurch eine Substanz (in diesem Fall ein Nickelatom),
die die Elektrode aufbaut, in der Glasröhre zerstäubt
wird, so dass sie sich an der inneren Wandoberfläche der
Röhre abscheidet. Durch Zerstäubung zerstäubte
Nickelatome verbinden sich mit Quecksilber, um leicht ein Amalgam
zu bilden. Der Verbrauch von Quecksilber augrund der Bildung von
Amalgam verringert auch die Lebensdauer einer Fluoreszenzlampe.
Wenn Quecksilber verbraucht wird, wird ferner die Emission von UV-Licht
nicht ausreichend durchgeführt, und somit verringert sich
die Leuchtdichte der Fluoreszenzlampe wesentlich. Die Verringerung
der Leuchtdichte führt auch zum Ende der Fluoreszenzlampe.
Ferner ist die Austrittsarbeit (Arbeitsfunktion) von Nickel relativ
gross. Wenn eine Elektrode aus Nickel in einer Fluoreszenzlampe
verwendet wird, ist es daher notwendig, die der Elektrode zugeführte
elektrische Leistung zu erhöhen. Dies ist angesichts der
derzeitigen Bestrebungen zur Energieeinsparung nicht bevorzugt.
Die Austrittsarbeit bezeichnet die minimale Energie, die erforderlich
ist, um ein einzelnes Elektron von einer festen Oberfläche
ins Vakuum zu befördern. Ein Material mit einer kleinen
Austrittsarbeit ist ein Material, aus dem ein Elektron leicht entfernt
wird, anders ausgedrückt ein Material, worin eine elektrische
Entladung leicht abläuft. Da der thermische Expansionskoeffizient
von Nickel sich zusätzlich wesentlich von dem von Glas
unterscheidet, wie in Patentdokument 1 beschrieben, ist es notwendig,
einen Metallkörper (z. B. Wolfram), der einen thermischen
Expansionskoeffizienten nahe zu dem eines Glaswulstes aufweist,
mit dem äusseren Umfang eines Anschlussdrahtes zu verbinden.
Patentdokument 1 beschreibt, dass diese Verbindung durch Schweissen
gebildet wird. In solch einem Fall kann die Leistungsfähigkeit
der Elektrode durch die Wärme während des Schweissens
verringert werden.
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Im
Gegensatz zu dem vorstehend erwähnten Nickel weisen Niob,
Molybdän und Wolfram kleine Austrittsarbeiten auf und sind
bezüglich der Zerstäubungsresistenz herausragend.
Jedoch besitzen Niob und Molybdän eine schlechte Oxidationsbeständigkeit,
und somit wird die Oberfläche einer Elektrode leicht durch
die Wärme während des Versiegelns der Glasröhre
oxidiert. Die Bildung eines Oxidfilms auf der Oberfläche
der Elektrode verschlechtert die Entladungseigenschaften der Elektrode.
Darüber hinaus besitzen Molybdän und Wolfram eine
sehr schlechte Kaltumformbarkeit. Daher muss ein Elektrodenbauteil
aus Molybdän oder Wolfram durch Spritzguss gebildet werden,
wie in Patentdokument 2 beschrieben, und somit ist die Produktivität gering.
Ferner sind Niob, Molybdän und Wolfram im allgemeinen teuer,
was zu hohen Kosten führt.
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Entsprechend
ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektrodenbauteil
für eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe bereitzustellen,
das bezüglich der Eigenschaften, die für eine
Elektrode erforderlich sind, herausragend ist, wie z. B. Zerstäubungsresistenz
und Entladungseigenschaften (Elektronenemissionseigenschaften),
und das eine herausragende Produktivität besitzt. Es ist
eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung des Elektrodenbauteils für eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe
bereitzustellen. Es ist darüber hinaus eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe bereitzustellen,
die das Elektrodenbauteil umfasst.
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Mittel zum Lösender Probleme:
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Wenn
ein Elektrodenbauteil, in dem eine Elektrode und ein Anschlussdraht
integriert sind, durch Umformung hergestellt werden kann, kann die
Produktivität verbessert werden. Entsprechend besitzt das
Material zur Bildung des Elektrodenbauteils bevorzugt eine herausragende
Umformbarkeit. Legierungen, wie z. B. Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen,
die als Material zur Bildung eines Anschlussdrahtes verwendet werden,
weisen eine hervorragende Umformbarkeit auf. Zusätzlich
besitzen diese Legierungen einen thermischen Expansionskoeffizienten
nahe zu dem von Glas. Folglich haben die Erfinder der vorliegenden
Erfindung die Bildung eines Elektrodenbauteils aus solch einer Legierung
untersucht. Jedoch besitzt eine Elektrode aus der vorstehenden Legierung
schlechte Entladungseigenschaften und Zerstäubungsresistenz,
und sie besitzt nicht die für die Elektrode erforderlichen
zufriedenstellenden Eigenschaften. Um die Entladungseigenschaften
und die Zerstäubungsresistenz zu verbessern, haben die
Erfinder der vorliegenden Erfindung daher die Zusammensetzung eines
Materials zur Bildung eines Elektrodenbauteils untersucht, das die
vorstehende Legierung als Hauptkomponente enthält, und
haben die vorliegende Erfindung vollendet.
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Ein
erfindungsgemässes Elektrodenbauteil für eine
Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe umfasst einen Elektrodenhauptkörperteil
mit einer mit einem Boden versehenen röhrenförmigen
Form und einen Anschlussteil, der mit der Bodenendseite des Elektrodenhauptkörperteils
verbunden ist. Der Elektrodenhauptkörperteil und der Anschlussteil
sind integral gebildet. Ferner enthalten der Elektrodenhauptkörperteil
und der Anschlussteil zumindest eine Art von Element, ausgewählt
aus Ti, Hf, Zr, V, Nb, Mo, W, Sr, Ba, B, Th, Al, Y, Mg, In, Ca,
Sc, Ga, Ge, Ag, Rh, Ta und Seltenerdelementen (ausser Y und Sc),
in einer Gesamtmenge von 0,01 Masse-% oder mehr und 5,0 Masse-%
oder weniger, wobei sich der Rest aus einer Fe-Ni-Legierung und
Verunreinigungen zusammensetzt.
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Das
erfindungsgemässe Elektrodenbauteil kann durch das nachstehende
Herstellungsverfahren hergestellt werden. Dieses Herstellungsverfahren
ist ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenbauteils für eine
Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe, worin ein Elektrodenhauptkörperteil,
der eine mit einem Boden versehene röhrenförmige
Form aufweist, und ein Anschlussteil, der mit der Bodenendseite
des Elektrodenhauptkörperteils verbunden ist, integral
gebildet sind, und es umfasst die folgenden Schritte:
- (1) Einen Schritt zur Herstellung eines Drahtmaterials, enthaltend
zumindest eine Art von Element, das ausgewählt ist aus
Ti, Hf, Zr, V, Nb, Mo, W, Sr, Ba, B, Th, Al, Y, Mg, In, Ca, Sc,
Ga, Ge, Ag, Rh, Ta und Seltenerdelementen (ausser Y und Sc), in
einer Gesamtmenge von 0,01 Masse-% oder mehr und 5,0 Masse-% oder
weniger, wobei sich der Rest aus einer Fe-Ni-Legierung und Verunreinigungen
zusammensetzt.
- (2) Einen Schritt zum Schmieden eines Endteils des Drahtmaterials,
um den Elektrodenhauptkörperteil, der die mit einem Boden
versehene röhrenförmige Form aufweist, zu bilden.
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Bei
dem erfindungsgemässen Elektrodenbauteil sind ein Elektrodenhauptkörperteil
und ein Anschlussteil integral gebildet. Das heisst, diese zwei
Teile werden nicht durch Schweissen oder dergleichen verbunden,
und somit kann der Abbau der Leistungsfähigkeit des Elektrodenhauptkörperteils,
der durch Wärme während der Verbindung durch Schweissen
oder dergleichen verursacht wird, vermieden werden. Insbesondere
besteht das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil aus einer
Legierung auf Fe-Ni-Basis, die als Hauptkomponente eine Fe-Ni-Legierung
(Eisen-Nickel-Legierung) und ein spezifisches zusätzliches
Element enthält. Diese Legierung besitzt eine herausragende
Umformbarkeit. Daher kann ein Drahtmaterial aus dieser Legierung
leicht durch Umformen hergestellt werden. Zusätzlich kann
durch Durchführung des Umformens an einem Endteil dieses
Drahtmaterials das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil
leicht hergestellt werden, worin ein Elektrodenhauptkörperteil,
der eine mit einem Boden versehene röhrenförmige
Form aufweist, und ein linearer Anschlussteil integriert sind. Entsprechend
weist das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil eine herausragende
Produktivität auf. Weil das erfindungsgemässe
Elektrodenbauteil eine Fe-Ni-Legierung als Hauptkomponente enthält,
ist ferner der thermische Expansionskoeffizient des Anschlussteils
nahe zu dem von Glas. Entsprechend kann der Anschlussteil des erfindungsgemässen
Elektrodenbauteils zufriedenstellend eng mit Glas verbunden werden,
ohne einen spezifischen Metallkörper dazwischen einzufügen.
Weil das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil aus einem
Material besteht, worin ein spezifisches zusätzliches Element
in eine Fe-Ni-Legierung in einem spezifischen Bereich eingearbeitet
ist, besitzt das Elektrodenbauteil ferner herausragende Eigenschaften,
die für eine Elektrode wünschenswert sind, wie
z. B. Entladungseigenschaften, Zerstäubungsresistenz und
Oxidationsbeständigkeit. Entsprechend kann unter Verwendung
des erfindungsgemässen Elektrodenbauteils eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe
mit hoher Leuchtdichte und langer Lebensdauer erhalten werden. Da
das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil eine relativ kostengünstige
Fe-Ni-Legierung als Hauptkomponente enthält, können
ferner die Materialkosten verringert werden. Ferner können
die Herstellungskosten verringert werden, weil das erfindungsgemässe
Elektrodenbauteil durch Umformen hergestellt werden kann. Entsprechend
ist das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil ökonomisch
vorteilhaft.
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Nachstehend
wird die vorliegende Erfindung genauer beschrieben.
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Das
erfindungsgemässe Elektrodenbauteil besteht aus einer Legierung
auf Fe-Ni-Basis, die als Hauptkomponente (95 Masse-% oder mehr)
eine Fe-Ni-Legierung und ein spezifisches zusätzliches
Element, das zu dieser Legierung zugegeben wird, enthält.
Da eine Fe-Ni-Legierung als Hauptkomponente enthalten ist, hängt
der thermische Expansionskoeffizient eines Anschlussteils wesentlich
von dem thermischen Expansionskoeffizienten der Fe-Ni-Legierung
ab. Das Anschlussteil wird mit einer Glasröhre einer Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe
und einer Glaskugel bzw. einem Glasflansch (ein Einschluss, der
zum leichten Verbinden der Glasröhre mit dem Anschlussteil
verwendet wird, indem er mit dem äusseren Umfang des Anschlussteils
verbunden wird) verbunden. Folglich ist die Fe-Ni-Legierung, die
als Hauptkomponente verwendet wird, bevorzugt eine Fe-Ni-Legierung
mit einem thermischen Expansionskoeffizienten nahe zu dem von Glas,
das die Glasröhre und die Glaskugel bzw. den Glasflansch
aufbaut. Der thermische Expansionskoeffizient (30 bis 450°C) von
Glas, das die Glasröhre oder dergleichen aufbaut, beträgt
etwa 40 × 10–7 bis 110 × 10–7/°C. Spezifische Beispiele
der Zusammensetzung einer Fe-Ni-Legierung mit einem thermischen
Expansionskoeffizienten nahe zu diesem thermischen Expansionskoeffizienten
umfassen die folgenden. Die nachstehenden Anteile (Masse-%) von
Ni, Co und Cr werden auf Grundlage der Annahme, dass die Fe-Ni-Legierung
keine zusätzlichen Elemente, die nachstehend beschrieben
sind (Elemente ausser Ni, Co und Cr), enthält als 100 Masse-%
dargestellt. Die Mengen (Masse-%) von Ni, Co und Cr in einer Legierung
auf Fe-Ni-Basis, die zusätzliche, nachstehend beschriebene
Elemente enthält, sind ebenfalls bevorzugt innerhalb der
folgenden Bereiche.
- (1) Eine Legierung, die,
in Masse-%, 28 bis 30% Ni und 17 bis 20% Co enthält, wobei
sich der Rest aus Fe und Verunreinigungen zusammensetzt. Der thermische
Expansionskoeffizient (30 bis 450°C) dieser Legierung beträgt
etwa 45 × 10–7 bis 55 × 10–7/°C.
- (2) Eine Legierung, die, in Masse-%, 41 bis 52% Ni enthält,
wobei sich der Rest aus Fe und Verunreinigungen zusammensetzt. Der
thermische Expansionskoeffizient (30 bis 450°C) dieser
Legierung beträgt etwa 55 × 10–7 bis
110 × 10–7/°C.
- (3) Eine Legierung, die, in Masse-%, 41 bis 46% Ni und 5 bis
6% Cr enthält, wobei sich der Rest aus Fe und Verunreinigungen
zusammensetzt. Der thermische Expansionskoeffizient (30 bis 450°C)
dieser Legierung beträgt etwa 80 × 10–7 bis
110 × 10–7/°C.
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Es
können kommerziell erhältliche Fe-Ni-Legierungen
als diese Fe-Ni-Legierungen verwendet werden. Durch die Verwendung
solch einer Fe-Ni-Legierung als Material zur Bildung eines Elektrodenbauteils kann
der thermische Expansionskoeffizient (Mittelwert im Bereich von
30 bis 450°C) des Anschlussteils zu 45 × 10–7/°C oder mehr und 110 × 10–7/°C oder weniger kontrolliert
werden.
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Das
zusätzliche Element, das in die vorstehende Hauptkomponente
eingearbeitet ist, ist zumindest eine Art eines Elements, das ausgewählt
ist aus Ti, Hf, Zr, V, Nb, Mo, W, Sr, Ba, B, Th, Al, Y, Mg, In,
Ca, Sc, Ga, Ge, Ag, Rh, Ta und Seltenerdelementen (ausser Y und
Sc). Es können Art eines Elements oder zwei oder mehr Arten
von Elementen eingearbeitet werden. Der Gehalt des zusätzlichen
Elements beträgt 0,01 Masse-% oder mehr und 5,0 Masse-%
oder weniger. Wenn mehrere Arten von Elementen als zusätzliche
Elemente verwendet werden, wird der Gesamtgehalt so kontrolliert,
dass er in den vorstehenden Bereich fällt. Wenn der Gehalt
des zusätzlichen Elements weniger als 0,01 Masse-% beträgt,
ist es schwierig, einen Vorteil aufgrund der Einarbeitung des zusätzlichen
Elements, d. h. eine Verbesserung der Entladungseigenschaften und
der Zerstäubungsresistenz, zu erreichen. Es besteht die
Tendenz, dass sich dieser Vorteil mit einer Erhöhung des
Gehalts des zusätzlichen Elements verstärkt, jedoch
wird angenommen, dass bei 5,0 Masse-% der Vorteil gesättigt
ist. Wenn der Gehalt des zusätzlichen Elements 5,0 Masse-% übersteigt,
besteht die Tendenz, dass sich die Umformbarkeit der Legierung verringert.
Ferner steigert eine Erhöhung des Gehalts des zusätzlichen
Elements die Materialkosten. Der Gesamtgehalt des zusätzlichen
Elements beträgt stärker bevorzugt 0,1 Masse-%
oder mehr und 3,0 Masse-% oder weniger, und weiter bevorzugt 0,1
Masse-% oder mehr und 2,0 Masse-% oder weniger.
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Von
den obigen zusätzlichen Elementen ist zumindest eine Art
eines Elements, das ausgewählt ist aus Y, Nd, Ca, Ge und
Mischmetallen (M. M.), unter den folgenden Gesichtspunkten bevorzugt.
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Yttrium
(Y), Neodymium (Nd) und M. M. sind Elemente vom Abscheidungstyp
und dahingehend vorteilhaft, dass, wenn eine Abscheidung an Korngrenzen
vorliegt, ein Wachstum der Kristallkörner eines Metalls, das
den Elektrodenhauptkörperteil aufbaut, unterdrückt
und die Oxidation einer Oberfläche des Elektrodenhauptkörperteils
inhibiert werden kann, wobei das Wachstum der Kristallkörner
und die Oxidation durch Wärme während des Versiegelns
einer Glasröhre oder dergleichen verursacht werden. Daher
können Y, Nd und M. M. zu einer Verbesserung der Elektronenemissionseigenschaften
und der Zerstäubungsresistenz des Elektrodenhauptkörperteils beitragen.
Insbesondere wenn Y zugegeben wird, wird Y bevorzugt in Kombination
mit zumindest einer Art eines Elements zugegeben, das aus Ca, Ti,
Si und Mg ausgewählt ist. Durch Zugabe von Ca, Ti, Si oder
Mg, zusammen mit Y, können die folgenden Vorteile erwartet
werden. Spezifisch wird die Oxidation von Y vermieden (Desoxidationseffekt),
Y wird leicht gleichmässig in eine Legierung eingearbeitet
und die Verschlechterung der Umformbarkeit aufgrund der Einarbeitung
von Y wird unterdrückt. Der Gesamtgehalt von Y und zumindest
einer Art eines Elements, das ausgewählt ist aus Ca, Ti,
Si und Mg, wird innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs
(0,01 bis 5,0 Masse-%) kontrolliert. Der Gesamtgehalt von zumindest
einer Art eines Elements, das ausgewählt ist aus Ca, Ti,
Si und Mg, liegt bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 80% der Menge
von Y, wenn die Menge von Y als 100% angenommen wird.
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Wenn
Ca in Kombination mit Y, wie vorstehend beschrieben, eingearbeitet
wird, wird neben den vorstehenden Vorteilen durch die Zugabe von
Y ein Vorteil zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit
der Legierung erhalten. Daher kann Ca zu einer Verbesserung der
Elektronenemissionseigenschaften und der Zerstäubungsresistenz
des Elektrodenbauteils beitragen. Germanium (Ge) weist eine kleine
Austrittsarbeit auf und besitzt den Vorteil, die Austrittsarbeit
der Legierung zu verringern. Entsprechend wird erwartet, dass die Zugabe
von Ge die Entladungseigenschaften des Elektrodenbauteils erhöhen
und zur Realisierung einer hohen Leuchtdichte einer Fluoreszenzlampe
beitragen kann.
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Wenn
von den Elementen, die aus Y, Nd, Ca, Ge und M. M. ausgewählt
sind, nur eine Art eines Elements als zusätzliches Element
verwendet wird, beträgt dessen Gehalt bevorzugt 0,1 Masse-%
oder mehr und 2,0 Masse-% oder weniger, und stärker bevorzugt
0,1 Masse-% oder mehr und 1,0 Masse-% oder weniger. Wenn von den
Elementen, die aus Y, Nd, Ca, Ge und M. M. ausgewählt sind,
mehrere Arten als zusätzliche Elemente verwendet werden,
beträgt deren Gesamtgehalt bevorzugt 0,1 Masse-% oder mehr
und 3,0 Masse-% oder weniger.
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Für
die anderen Elemente wird angenommen, dass von den zusätzlichen
Elementen Al und Si einen wesentlichen Vorteil zur Verlängerung
der Lebensdauer des Elektrodenbauteils aufweisen.
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Die
Austrittsarbeit des erfindungsgemässen Elektrodenbauteils
aus einer auf Fe-Ni basierenden Legierung, die das vorstehende zusätzliche
Element enthält, ist klein; kleiner als 4,7 eV. Entsprechend
wird angenommen, dass das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil
bezüglich der Entladungseigenschaften herausragend ist
und zur Realisierung einer hohen Leuchtdichte einer Fluoreszenzlampe
beiträgt. Wenn alternativ das erfindungsgemässe
Elektrodenbauteil bei der gleichen Leuchtdichte wie eine bekannte
Elektrode verwendet wird, wird angenommen, dass die Lebensdauer
der Fluoreszenzlampe weiter verlängert werden kann. Ferner
emittiert das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil leicht
Elektronen. Entsprechend kann die Leuchtdichte der Fluoreszenzlampe
erhöht werden, sogar wenn ein zu dem Elektrodenbauteil
zugeführter Strom gering ist, und somit kann der Energieverbrauch
ebenfalls verringert werden. Die Austrittsarbeit kann durch geeignete Einstellung
der Art und des Gehalts des zusätzlichen Elements verändert
werden. Die Arbeitsfunktion verringert sich leicht, wenn der Gehalt
des zusätzlichen Elementes erhöht wird. Zusätzlich
besteht die Tendenz, dass sich die Leuchtdichte erhöht,
wenn sich die Austrittsarbeit verringert. Entsprechend ist die Austrittsarbeit
bevorzugt so klein wie möglich. Die Austrittsarbeit beträgt
bevorzugt 4,3 eV oder weniger und besonders bevorzugt 4,0 eV oder
weniger.
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Die
Austrittsarbeit kann z. B. durch UV-Photoelektronenspektroskopie
gemessen werden.
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Die Ätzrate
des erfindungsgemässen Elektrodenbauteils aus einer auf
Fe-Ni basierenden Legierung, die das vorstehende zusätzliche
Element enthält, ist niedrig; weniger als 20 nm/min. Wenn
eine Zerstäubung auftritt, wird hier eine Vertiefung in
einem Teil der Elektrode gebildet, wo Atome, die die Elektrode aufbauen, emittiert
werden, und folglich wird die Oberfläche aufgerauht. In
einer Elektrode, bei der eine Zerstäubung leicht abläuft,
erhöht sich die Tiefe der gebildeten Vertiefung je Zeiteinheit.
Die mittlere Tiefe der je Zeiteinheit gebildeten Vertiefung wird
als "Ätzrate" bezeichnet, was im wesentlichen die gleiche
Bedeutung wie die Zerstäubungsrate besitzt. Eine Elektrode
mit einer niedrigen Ätzrate ist eine Elektrode, in der
eine Zerstäubung nicht leicht abläuft. Das erfindungsgemässe
Elektrodenbauteil besitzt eine gute Zerstäubungsresistenz.
Wenn das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil in einer Fluoreszenzlampe
verwendet wird, kann daher eine Verringerung der Leuchtdichte der
Lampe sogar nach einer langen Verwendungszeit unterdrückt
werden. Somit kann das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil
zur Verlängerung der Lebensdauer einer Fluoreszenzlampe beitragen.
Alternativ kann ein Zustand mit einer hohen Leuchtdichte für
eine lange Zeit beibehalten werden, wenn das erfindungsgemässe
Elektrodenbauteil in einer Fluoreszenzlampe verwendet wird und die
Fluoreszenzlampe so verwendet wird, dass deren Lebensdauer die gleiche
wie die einer bekannten Elektrode ist. Somit kann das erfindungsgemässe
Elektrodenbauteil zur Realisierung einer hohen Leuchtdichte einer
Fluoreszenzlampe beitragen. Zusätzlich läuft eine
Zerstäubung nicht leicht ab, wenn das erfindungsgemässe
Elektrodenbauteil in einer Fluoreszenzlampe verwendet wird, sogar
wenn die Leuchtdichte durch einen grossen Strom erhöht
wird. Ferner enthält das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil
eine verringerte Menge Nickel. Entsprechend wird die Bildung von
Amalgam unterdrückt, sogar wenn eine Zerstäubung
abläuft, und somit kann eine Verringerung der Leuchtdichte
und eine Verringerung der Lebensdauer einer Fluoreszenzlampe unterdrückt
werden. Die Ätzrate kann durch geeignetes Einstellen der
Art und des Gehalts eines zusätzlichen Elements verändert
werden. Wenn der Gehalt des zusätzlichen Elements erhöht
wird, wird die Ätzrate leicht verringert. Zusätzlich
besteht die Tendenz, dass sich die Lebensdauer der Fluoreszenzlampe
mit einer verringerten Ätzrate erhöht. Entsprechend
ist die Ätzrate bevorzugt so klein wie möglich
und bevorzugt 17 nm/min oder weniger. Die Ätzrate wird
wie folgt gemessen. Ein Elektrodenbauteil wird in einer Vakuumvorrichtung
plaziert, und es wird eine Innenbestrahlung mit einem inerten Element
für eine vorbestimmte Zeitspanne durchgeführt.
Es wird die Oberflächenrauhigkeit des Elektrodenbauteils
nach der Bestrahlung gemessen, und ein Wert, der durch Dividieren
der Oberflächenrauhigkeit durch die Bestrahlungszeit (Oberflächenrauhigkeit/Bestrahlungszeit)
berechnet wird, ist als Ätzrate definiert.
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Das
erfindungsgemässe Elektrodenbauteil wird durch Umformen,
wie z. B. Schmieden, eines Endteils eines Drahtmaterials aus einer
auf Fe-Ni basierenden Legierung, die das vorstehend beschriebene,
spezifische, zusätzliche Element enthält, hergestellt.
Folglich kann das Elektrodenbauteil einen Elektrodenhauptkörperteil,
der eine mit einem Boden versehene, röhrenförmige
Form aufweist, an einem Endteil und einen linearen Anschlussteil
an einem anderen Endteil umfassen. Das andere Endteil des Drahtmaterials
kann, falls erforderlich, einer Schneidebearbeitung unterzogen werden,
so dass der Drahtdurchmesser des Anschlussteils eingestellt wird.
Alternativ kann das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil
durch Schneidebearbeitung des gesamten Drahtmaterials ohne Durchführung
von Schmieden hergestellt werden. Jedoch ist die Herstellung durch
Umformung stärker bevorzugt, weil die Ausbeute hoch ist.
Alternativ kann das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil
durch Giessen unter Verwendung einer Gussform hergestellt werden.
Jedoch ist die Herstellung durch Umformen bezüglich der
Massenproduktivität überlegen.
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Das
vorstehende Drahtmaterial wird z. B. durch Schmelzen → Giessen → Heisswalzen → Kaltziehen und
Wärmebehandlung erhalten. Spezifischer werden Fe, Ni und,
falls erforderlich, Co oder Cr, oder eine kommerziell erhältliche
Fe-Ni-Legierung, die als Hauptkomponente verwendet wird, und die
vorstehend beschriebenen zusätzlichen Elemente vorbereitet,
und diese werden in einem Vakuumschmelzofen, einem Luftatmosphärenofen
oder dergleichen geschmolzen, um eine Metallschmelze einer Legierung
herzustellen. Im Fall des Schmelzens in einem Vakuumschmelzofen
wird die Metallschmelze z. B. durch Einstellen der Temperatur der Metallschmelze
eingestellt. Wenn in einem Luftatmosphärenofen geschmolzen
wird, wird die Metallschmelze z. B. durch Entfernen oder Reduzieren
von Verunreinigungen und Einschlüssen in der Metallschmelze
durch Raffinieren oder dergleichen und Einstellen der Temperatur
der Metallschmelze eingestellt. Es wird ein Rohblock durch Giessen,
wie z. B. Vakuumgiessen, erhalten. Der Rohblock wird heissgewalzt,
um ein gewalztes Drahtmaterial zu erhalten. Das gewalzte Drahtmaterial
wird wiederholt kaltgezogen und wärmebehandelt, wodurch
ein Drahtmaterial aus einer auf Fe-Ni basierenden Legierung erhalten
wird, worin ein spezifisches zusätzliches Element in einer
Fe-Ni-Legierung enthalten ist. Das Kaltziehen wird so durchgeführt,
dass das gewalzte Drahtmaterial eine Ausdehnung aufweist, die zur
Bildung eines Elektrodenhauptkörperteils geeignet ist. Bevorzugt
wird eine finale Wärmebehandlung (Erweichungsbehandlung)
des Drahtmaterials in einer Wasserstoffatmosphäre oder
einer Stickstoffatmosphäre bei 700 bis 1.000°C,
insbesondere bei etwa 800 bis 900°C, durchgeführt.
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Die
Umformung wird an einem Endteil des Drahtmaterials durchgeführt,
um einen Elektrodenhauptkörperteil zu bilden, der eine
mit einem Boden versehene, röhrenförmige Form
(Tassenform) aufweist. Wenn der Elektrodenhauptkörperteil
solch eine mit einem Boden versehene, röhrenförmige
Form aufweist, kann eine Verbesserung der Zerstäubungsresistenz
aufgrund eines Hohlkathodeneffekts realisiert werden. Die Legierung,
die das vorstehende Drahtmaterial aufbaut, enthält als
Hauptkomponente eine Fe-Ni-Legierung mit guter Umformbarkeit und
das in diese Legierung in einem spezifischen Bereich eingearbeitete,
vorstehend erwähnte, spezifische, zusätzliche
Element. Hierdurch kann eine Verringerung der Umformbarkeit unterdrückt
werden. Entsprechend kann eine Umformung, die eine relativ beanspruchende
Bearbeitung ist, wie z. B. ein Schmieden, hinreichend an dem Drahtmaterial
durchgeführt werden. Darüber hinaus ist dieses
Drahtmaterial auch bezüglich der Schneideverarbeitbarkeit
herausragend. Entsprechend kann das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil
leicht durch Durchführung von Umformen oder Schneidebearbeitung
an dem Drahtmaterial hergestellt werden. Wenn ferner der tassenförmige
Elektrodenhauptkörperteil aus einem Drahtmaterial durch
Umformen hergestellt wird, ist die Ausbeute hoch, weil kaum Abfallmaterial
bei der Herstellung des Elektrodenhauptkörperteils gebildet
wird.
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Zusätzlich
wurde als Ergebnis einer von den Erfindern der vorliegenden Erfindung
durchgeführten Untersuchung herausgefunden, dass, wenn
die Kristallkörner der Legierung, die den Elektrodenhauptkörperteil aufbaut,
fein sind, ein Vorteil zum Realisieren einer langen Lebensdauer
und einer hohen Leuchtdichte einer Fluoreszenzlampe, die dieses
Elektrodenbauteil umfasst, erreicht werden kann. Spezifisch beträgt
die mittlere Kristallkorngrösse der Legierung, die den
Elektrodenhauptkörperteil aufbaut, bevorzugt 70 μm
oder weniger, und besonders bevorzugt 50 μm oder weniger.
In dem erfindungsgemässen Elektrodenbauteil aus einer auf Fe-Ni
basierenden Legierung, die das vorstehend erwähnte, spezifische,
zusätzliche Element enthält, beträgt die
mittlere Kristallkorngrösse des Elektrodenhauptkörperteils
70 μm oder weniger. Die mittlere Kristallkorngrösse
des Elektrodenhauptkörperteils kann weiter durch Einstellen
der Art und des Gehalts des zusätzlichen Elements verringert
werden. Zusätzlich zur Einstellung der Art und des Gehalts
des zusätzlichen Elements kann die mittlere Kristallkorngrösse
weiter durch Einstellung der Bedingungen für die finale
Wärmebehandlung bei der Herstellung des vorstehenden Drahtmaterials
verringert werden. Zum Beispiel kann in der finalen Wärmebehandlung
das Kornwachstum unterdrückt werden, wenn die Erwärmungstemperatur
(Wärmebehandlungstemperatur) eine relativ hohe Temperatur
ist und die Erwärmungszeit kurz ist. Spezifisch wird die
Wärmebehandlungstemperatur zu 700 bis 1.000°C,
insbesondere etwa 800°C, kontrolliert, und die Drahtzuführgeschwindigkeit
wird zu 50°C/sek oder mehr kontrolliert. Wenn die Drahtzuführgeschwindigkeit
erhöht wird, besteht die Tendenz, dass sich die mittlere
Kristallkorngrösse verringert. Es wird angemerkt, dass
die mittlere Kristallkorngrösse der Legierung sich nach
dem Schmieden im Vergleich zu der mittleren Kristallkorngrösse vor
dem Schmieden verändert, wenn ein Schmieden an dem Drahtmaterial
durchgeführt wird. Jedoch hängt die mittlere Kristallkorngrösse
der Legierung, die den Elektrodenhauptkörperteil aufbaut,
wesentlich von der mittleren Kristallkorngrösse des Drahtmaterials
vor dem Schmieden ab. Wenn die mittlere Kristallkorngrösse einer
Legierung, die das Drahtmaterial aufbaut, 70 μm oder weniger
beträgt, beträgt die mittlere Kristallkorngrösse des
Elektrodenhauptkörperteils entsprechend ebenfalls etwa
70 μm oder weniger.
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Das
erfindungsgemässe Elektrodenbauteil aus einer auf Fe-Ni
basierenden Legierung, die das vorstehend beschriebene, spezifische,
zusätzliche Element enthält, kann geeigneterweise
als Entladungskomponente einer Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe verwendet
werden, und es kann zur Realisierung einer hohen Leuchtdichte und
einer langen Lebensdauer der Fluoreszenzlampe beitragen. Spezifisch
weist die Fluoreszenzlampe eine Struktur auf, die eine Glasröhre,
deren Inneres hermetisch abgeschlossen ist, Elektrodenhauptkörperteile,
die jeweils eine mit einem Boden versehene röhrenförmige
Form aufweisen und in der Glasröhre angeordnet sind, und
Anschlussteile, die mit den Verschlüssen der Glasröhre
verbunden sind, umfasst. Der Anschlussteil ist mit einer Bodenendseite
des Elektrodenhauptkörperteils verbunden und ist so geformt, dass
er mit dem Elektrodenhauptkörperteil integriert ist. Im
allgemeinen wird eine Schicht eines fluoreszierenden Materials an
der inneren Wandoberfläche der Glasröhre vorgesehen,
und innerhalb der Glasröhre sind ein Edelgas und Quecksilber
eingeschlossen. Die Fluoreszenzlampe kann eine quecksilberfreie
Fluoreszenzlampe sein, worin nur ein Edelgas innerhalb einer Glasröhre
eingeschlossen ist. Eine typische Glasröhre ist eine I-förmige
Glasröhre. Andere Beispiele von Glasröhren umfassen
eine L-förmige Glasröhre und eine T-förmige Glasröhre.
Im Fall einer I-förmigen Glasröhre kann eine Fluoreszenzlampe
ein Paar von erfindungsgemässen Elektrodenbauteilen aufweisen,
und die zwei Elektrodenbauteile können mit beiden Enden
der Glasröhre verbunden sein, so dass die Öffnungsteile
der Elektrodenhauptkörperteile einander gegenüberliegen.
Alternativ kann in einer Fluoreszenzlampe mit solch einer I-förmigen
Glasröhre ein Elektrodenbauteil an nur einem Ende der Glasröhre
fixiert sein. Im Fall der L-förmigen Glasröhre
werden Elektrodenbauteile mit zwei Enden von linearen Bereichen
fixiert oder mit drei Bereichen, nämlich einer Ecke und
zwei Enden. Im Fall der T-förmigen Glasröhre werden
die Elektrodenbauteile mit drei Enden fixiert. Bei dem erfindungsgemässen
Elektrodenbauteil kann ein Glaswulst mit dem äusseren Umfang
des Anschlussteils verbunden werden. Insbesondere wenn das erfindungsgemässe
Elektrodenbauteil in einer Fluoreszenzlampe verwendet wird, für
die eine lange Lebensdauer und eine hohe Qualität gewünscht
wird, wird das Elektrodenbauteil bevorzugt mit einem Glaswulst verbunden.
Beispiele der Glasröhre und des Glaswulstes, die verwendet
werden können, umfassen solche aus hartem Glas, wie Borsilicatglas
oder Aluminosilicatglas, und weiche Gläser, wie z. B. Natriumcarbonatglas
(soda lime glass). Die Art des Glases wird entsprechend dem thermischen
Expansionskoeffizienten des Anschlussteils ausgewählt.
Ferner kann bei dem erfindungsgemässen Elektrodenbauteil
ein äusserer Anschlussdraht mit einem Ende des Anschlussteils
verbunden werden, so dass das Elektrodenbauteil eine Struktur aufweist,
die den äusseren Anschlussdraht umfasst.
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Das
erfindungsgemässe Elektrodenbauteil aus einer Legierung
auf Fe-Ni-Basis mit der vorstehenden spezifischen Zusammensetzung
ist bezüglich der Oxidationsbeständigkeit herausragend,
und somit wird ein Oxidfilm nicht leicht auf einer Oberfläche
des Elektrodenhauptkörperteils durch Wärme bei
der Herstellung des Elektrodenbauteils, beim Versiegeln der Glasröhre
und dergleichen gebildet. Entsprechend wird die Verschlechterung
der Entladungseigenschaften in dem Elektrodenhauptkörperteil
unterdrückt. Die Leichtigkeit der Bildung eines Oxidfilms
hängt wesentlich von der Zusammensetzung einer Legierung
ab, die das Elektrodenbauteil bildet. Wenn z. B. Al als zusätzliches
Element in einer besonders grossen Menge enthalten ist, besteht die
Tendenz, dass ein Oxidfilm leicht gebildet wird. Jedoch kann durch
Kontrollieren des zusätzlichen Elements der Legierung auf
Fe-Ni-Basis, die das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil
bildet, in einem spezifischen Bereich die Dicke eines auf dem Elektrodenhauptkörperteil
gebildeten Oxidfilms auf 1 μm oder weniger, insbesondere
0,3 μm oder weniger, verringert werden. Auf einem Elektrodenbauteil
aus einer Legierung auf Fe-Ni-Basis, die zumindest eine Art eines
Elements als zusätzliches Element enthält, das
aus Ca, Ge und Ag ausgewählt ist, kann die Bildung eines
Oxidfilms besonders unterdrückt werden, und die Dicke des
Oxidfilms kann auf 0,3 μm oder weniger verringert werden.
Zusätzlich kann bei der Herstellung eines Drahtmaterials
die Bildung eines Oxidfilms auf dem Elektrodenhauptkörperteil
vermieden werden, wenn eine Wärmebehandlung in einer Atmosphäre,
ausser Sauerstoff (einer Atmosphäre, die keinen Sauerstoff
enthält), durchgeführt wird.
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Vorteile:
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Das
erfindungsgemässe Elektrodenbauteil aus einer Legierung
auf Fe-Ni-Basis mit einer spezifischen Zusammensetzung besitzt zusätzlich
zu einer guten Produktivität gute Elektronenemissionseigenschaften
und Zerstäubungsresistenz. Entsprechend kann eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe,
die das erfindungsgemässe Elektrodenbauteil umfasst, eine
höhere Leuchtdichte und eine längere Lebensdauer
realisieren, ohne die Grösse der Elektrode zu erhöhen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG:
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die ein Schema der Struktur einer Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe zeigt.
-
BESTE AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR DURCHFÜHRUNG
DER ERFINDUNG:
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Nachstehend
werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Es
wurden Elektrodenbauteile für eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe
unter Verwendung von Legierungen mit den in Tabelle I gezeigten
Zusammensetzungen (Legierungen Nrn. 1 bis 20 und Vergleichslegierungen
1 bis 3) hergestellt. Jedes der Elektrodenbauteile umfasst einen
Elektrodenhauptkörperteil, der eine mit einem Boden versehene
röhrenförmige Form aufweist, und einen Anschlussteil,
der von einer Bodenendseite des Elektrodenhauptkörperteils
vorsteht, wobei der Elektrodenhauptkörperteil und der Anschlussteil
integral gebildet sind. TABELLE I
| Legierung Nr. | Zusätzliches
Element der Fe-Ni-Legierung (Masse-%) | Zusätzliches
Element (Masse-%) | Rest |
| | Ni | Co | Cr | Art | Gesamt | |
| 1 | 29,0 | 17,4 | – | Ag:
0,6 | 0,6 | Fe und
unvermeidbare Verunreinigungen |
| 2 | 28,7 | 19,1 | – | Ge:
4,3 | 4,3 |
| 3 | 29,2 | 18,5 | – | Nd:
0,3
B: 0,2 | 0,5 |
| 4 | 29,1 | 17,8 | – | In:
0,8 | 0,8 |
| 5 | 28,9 | 17,3 | – | Y:
0,35 | 0,35 |
| 6 | 28,8 | 18,2 | – | Th:
3,1 | 3,1 |
| 7 | 29,0 | 17,0 | – | Mo:
0,7 | 0,7 |
| 8 | 41,2 | – | – | Y:
0,45
Ca: 0,2 | 0,65 |
| 9 | 42,0 | – | – | M.
M.: 0,9 | 0,9 |
| 10 | 46,1 | – | – | Nb:
1,2 | 1,2 |
| 11 | 45,7 | – | – | Ta:
0,4
Sc: 0,1 | 0,5 |
| 12 | 50,2 | – | – | Al:
1,1
Ba: 0,05 | 1,15 |
| 13 | 50,8 | – | – | Ti:
0,6
Sr: 0,1 | 0,7 |
| 14 | 41,3 | – | 5,1 | Hf:
0,3
B: 0,1 | 0,4 |
| 15 | 41,8 | – | 5,6 | Y:
0,6
Mg: 0,1 | 0,7 |
| 16 | 41,9 | – | 5,3 | V:
0,3
Mg: 0,1 | 0,4 |
| 17 | 45,1 | – | 5,9 | Nd:
0,4 | 0,4 |
| 18 | 45,5 | – | 5,0 | Ga:
0,4
W: 1,7 | 2,1 |
| 19 | 45,8 | – | 5,7 | Rh:
0,1
Zr: 0,4 | 0,5 |
| 20 | 45,3 | – | 5,4 | Ga:
0,5
Ca: 0,1 | 0,6 |
| Vergleich
1 | 29,0 | 17,3 | – | – | – |
| Vergleich
2 | 41,1 | – | – | – | – |
| Vergleich
3 | 45,2 | – | 5,8 | – | – |
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Jedes
der Elektrodenbauteile wurde durch Schmieden eines Endteils eines
Drahtmaterials aus einer Legierung mit der in Tabelle I gezeigten
Zusammensetzung und durch Schneiden eines anderen Endteils hiervon
hergestellt. Nun wird eine spezifische Herstellungsprozedur beschrieben.
Zunächst wurde ein Drahtmaterial hergestellt. Eine Metallschmelze
mit der in Tabelle I gezeigten Zusammensetzung wurde unter Verwendung
eines herkömmlichen Vakuumschmelzofens hergestellt. Die
Temperatur der Metallschmelze wurde geeignet eingestellt, und es
wurde ein Rohblock durch Vakuumgiessen erhalten. Der Rohblock wurde
heissgewalzt, bis der Drahtdurchmesser auf 5,5 mm verringert worden
war, wodurch ein gewalztes Drahtmaterial hergestellt wurde. An dem
gewalzten Drahtmaterial wurden Kaltziehen und eine Wärmebehandlung
in Kombination durchgeführt. Es wurde eine finale Wärmebehandlung
(Erweichungsbehandlung) des resultierenden Drahtmaterials durchgeführt,
um ein konditioniertes/geglühtes Material mit einem Drahtdurchmesser
von 1,6 mm herzustellen. Die Erweichungsbehandlung wurde bei einer
Temperatur von 800°C in einer Wasserstoffatmosphäre
durchgeführt, wobei die Drahtzuführgeschwindigkeit
im Bereich von 10°C/sek bis 150°C/sek geeignet
ausgewählt wurde. Für die Metallschmelze wurden
kommerziell erhältliches Fe [reines Fe (99,0 Masse-% oder
mehr Fe)], Ni [reines Ni (99,0 Masse-% oder mehr Ni)], Co [reines
Co (99,0 Masse-% oder mehr Co)] und Cr [reines Cr (99,0 Masse-%
oder mehr Cr)] verwendet.
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Der
thermische Expansionskoeffizient (× 10-7/°C),
die mittlere Kristallkorngrösse (μm), die Austrittsarbeit
(eV) und die Ätzrate (nm/min) eines Metalls, das das hergestellte
konditionierte Material aufbaut, wurden gemessen. Die Ergebnisse
sind in Tabelle II gezeigt. Der thermische Expansionskoeffizient
wurde unter Verwendung eines stabförmigen Teststücks
mit einem Differentialtransformer (Temperaturbereich: 30 bis 450°C) gemessen.
Die mittlere Kristallkorngrösse des Metalls wurde gemäss
einem Quadraturverfahren, beschrieben in JISH0501 (1986),
gemessen.
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Die
Austrittsarbeit wurde durch UV-Photoelektronenspektroskopie gemessen.
Spezifisch wurde als vorläufige Behandlung ein Ar-Ionenätzen
an dem konditionierten Material für mehrere Minuten durchgeführt. Die
Austrittsarbeit wurde dann unter Verwendung eines Elektronenspektrometers
[hergestellt von Physical Electronics Inc. (PHI), ESCA-5800, Zubehör
UV-150HI] unter den folgenden Bedingungen gemessen: UV-Lichtquelle:
HeI (21,22 eV)/8 W, Vakuumgrad während des Messens: 3 × 10–9 bis 6 × 10–9 Torr
(0,4 × 10–9 bis 0,8 × 10–9 kPa), Vakuum-Grundgrad vor der
Messung: 4 × 10–10 Torr
(5,3 × 10–11 kPa), angelegte
Vorspannung: etwa –10 V, Energieauflösung: 0,13
eV, Analysebereich: 800 μm Durchmesser einer Ellipse, und
Analysetiefe: etwa 1 nm.
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Die Ätzrate
wurde wie folgt bestimmt. Es wurde ein spiegelpoliertes konditioniertes
Material mit Argonionen in einer Vakuumvorrichtung bestrahlt, und
dann wurde die Oberflächenrauhigkeit hiervon gemessen. Die Ätzrate
wurde aus der Bestrahlungszeit und der Oberflächenrauhigkeit
bestimmt. Als vorläufige Behandlung wurde das konditionierte
Material teilweise maskiert, und dann wurde die Innenbestrahlung
durchgeführt.
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Die
Innenbestrahlung wurde mit einem Röntgen-Photoelektronenspektrometer
(hergestellt von PHI, Quantum: 2000) unter den folgenden Bedingungen
durchgeführt. Beschleunigungsspannung: 4 kV, Ionenspezies:
Ar+, Bestrahlungszeit: 120 Minuten, Vakuumgrad: 2 × 10–8 bis 4 × 10–8 Torr
(2,7 × 10–9 bis 5,3 × 10–9 kPa), Argondruck: etwa 15 mPa
und Eintrittswinkel: etwa 45° in bezug auf die Probenoberfläche.
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Die
Oberflächenrauhigkeit wurde mit einem Kontaktprobenprofilometer
(hergestellt von Vecco Instruments, Dektak-3030) unter den folgenden
Bedingungen gemessen. Probe: Diamant, Radius = 5 μm, Probendruck:
20 mg, Rasterbereich: 2 mm und Rastergeschwindigkeit: mittel. Bei
dem konditionierten Material wurde die mittlere Tiefe der Vertiefungen
in einem Bereich (nichtmaskierter Bereich), in dem die Vertiefungen
auf einer Oberfläche durch die Innenbestrahlung gebildet
wurden, als Oberflächenrauhigkeit definiert. Als Ätzrate wurde
ein Wert definiert, der durch Oberflächenrauhigkeit/Bestrahlungszeit
(120 Minuten) repräsentiert wird.
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Als
nächstes wurde das hergestellte konditionierte Drahtmaterial
auf eine vorbestimmte Länge (4,0 mm) geschnitten. An den
Endteilen (ein Anteil im Bereich von einer Endseite bis zu einer
Position in einem Abstand von 1 mm von der Endseite in Längsrichtung)
des kurzen Materials wurde ein Kaltschmieden durchgeführt,
um einen tassenförmigen Elektrodenhauptkörperteil
zu bilden. An einem anderen Endteil hiervon wurde eine Schneidebearbeitung
durchgeführt, um einen linearen Anschlussteil zu bilden.
Als Ergebnis konnte aus allen konditionierten Materialien mit allen
Zusammensetzungen ein Elektrodenbauteil erhalten werden, worin der
tassenförmige Elektrodenhauptkörperteil und der
lineare Anschlussteil miteinander integriert sind. Der Elektrodenhauptkörperteil
besass einen Aussendurchmesser von 1,6 mm, eine Länge von
3,0 mm, einen Innendurchmesser eines Öffnungsteils von
1,4 mm, eine Tiefe von 2,6 mm und eine Dicke des Bodenteils von 0,4
mm. Der Anschlussteil besass einen Aussendurchmesser von 0,6 mm
und eine Länge von 3 mm.
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Bei
den hergestellten Elektrodenbauteilen wurde die Dicke (μm)
eines auf der Oberfläche des Elektrodenhauptkörperteils
gebildeten Oxidfilms gemessen.
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle II gezeigt. Die Dicke des Oxidfilms wurde
durch Schneiden des Elektrodenbauteils und Analysieren der Oberfläche
des Elektrodenhauptkörperteils mittels Auger-Elektronenspektroskopie
bestimmt.
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Als
nächstes wurde eine in 1 gezeigte
Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) unter Verwendung des Elektrodenbauteils
hergestellt. Die Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) umfasst
eine I-förmige Glasröhre (20) mit einer
Schicht eines fluoreszierenden Materials (21) an ihrer
inneren Wandoberfläche und ein Paar Elektrodenbauteile
(10), die an beiden Enden der Glasröhre (20)
angeordnet sind. Jedes der Elektrodenbauteile (10) umfasst
einen Elektrodenhauptkörperteil (11) mit einer
mit einem Boden versehenen röhrenförmigen Form
und einen Anschlussteil (12), der integral mit dem Elektrodenhauptkörperteil
(11) gebildet ist. Eine Prozedur zur Herstellung einer
Fluoreszenzlampe, die solche Elektrodenbauteile (10) umfasst,
ist wie folgt:
Ein Glaswulst (14) wird in den äusseren
Umfang des Anschlussteils (12) eingebracht, und ein äusserer
Anschlussdraht (13) aus einem mit Kupfer beschichteten
Ni-Legierungsdraht wird dann mit dem Ende des Anschlussteils (12)
verschweisst. Anschliessend wird die Glaswulst (14) mit
dem äusseren Umfang des Anschlussteils (12) schmelzverbunden.
Es werden zwei solcher Produkte hergestellt, worin das Elektrodenbauteil (10),
der äussere Anschlussdraht (13) und die Glaswulst
(14) miteinander integriert sind (Elektrodenbauteile, die
jeweils den äusseren Anschlussdraht und die Glaswulst umfassen).
Es wird eine I-förmige Glasröhre (20) hergestellt,
die eine Schicht eines fluoreszierenden Materials (in diesem Test
eine Halogenphosphatschicht) (21) an ihrer inneren Wandoberfläche
aufweist und deren beide Enden offen sind. Eines der integrierten
Produkte wird in ein Ende der offenen Röhre (20)
eingeführt, und die Glaswulst (14) wird mit der
Röhre (20) schmelzverbunden. Somit wird das Ende
der Röhre (20) verschlossen und das Elektrodenbauteil
(10) (Anschlussteil (12)) wird mit der Röhre
(20) verbunden. Als nächstes wird vom anderen
Ende der offenen Glasröhre (20) evakuiert, und
hierin werden ein Edelgas (in diesem Test Argon) und Quecksilber
eingeführt. Das andere integrierte Produkt wird mit der
Röhre (20) auf die gleiche Weise verbunden, und
die Röhre (20) wird verschlossen. Durch diese
Prozedur wird die Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) erhalten,
worin die Öffnungsteile des Paares von Elektrodenhauptkörperteilen
(11) in der Glasröhre (10) so angeordnet
sind, dass sie einander gegenüberliegen.
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Als
Glaswulst und als Glasröhre wurden solche aus Borsilicatglas
(thermischer Expansionskoeffizient: 51 × 10–7/°C)
für die Fluoreszenzlampen der Proben Nrn. 1 bis 7 und 30
in Tabelle II verwendet, und für die Fluoreszenzlampen
der Proben 8 bis 20, 31 und 32 wurden solche aus Kalknatronglas
(thermischer Expansionskoeffizient: 90 × 10–7/°C)
verwendet.
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Es
wurde ein Paar der vorstehend beschriebenen integrierten Produkte
für die Elektrodenbauteile mit den entsprechenden Zusammensetzungen
hergestellt, und es wurden Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen unter Verwendung
dieser integrierten Produkte hergestellt. Die Leuchtdichte und die
Lebensdauer der hergestellten Fluoreszenzlampen wurden untersucht.
In diesem Test wurden jeweils die Leuchtdichte im Zentrum (43.000 cd/m
2) und die Lebensdauer der Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe
von Probe Nr. 30 als 100 gesetzt, die die Elektrodenbauteile aus
der Vergleichslegierung (1) enthielt, und die Leuchtdichte und die
Lebensdauer der anderen Proben Nrn. 1 bis 20, 31 und 32 wurden relativ
bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle II gezeigt. Es wird angemerkt,
dass die Zeit, die erforderlich ist, damit sich die Leuchtdichte
im Zentrum auf 50 verringert, als Lebensdauer definiert wurde.
-
Wie
in Tabelle II gezeigt, besitzen die Fluoreszenzlampen der Proben
Nrn. 1 bis 20, die Elektrodenbauteile aus einer auf Fe-Ni basierenden
Legierung umfassen, die ein spezifisches Element enthält,
eine hohe Leuchtdichte und eine lange Lebensdauer im Vergleich mit
den Fluoreszenzlampen der Proben Nrn. 30 bis 32, die Elektrodenbauteile
aus einer Fe-Ni-Legierung enthalten, die das spezifische Element
nicht enthält. Die Gründe hierfür werden
wie folgt angenommen: Die Legierungen Nrn. 1 bis 20 sind Materialien
mit einer kleinen Austrittsarbeit und einer niedrigen Ätzrate,
d. h. Materialien, die im Vergleich mit den Vergleichsbeispielen
1 bis 3, die aus reinen Fe-Ni-Legierungen bestehen, leicht Elektronen
emittieren und die eine niedrige Ätzrate aufweisen. Zusätzlich
wird auf den Legierungen Nrn. 1 bis 20 im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen
1 bis 3 ein Oxidfilm nicht leicht gebildet, und somit werden die
Elektronenemissionseigenschaften nicht leicht verschlechtert. Ferner
besitzen die Elektrodenbauteile aus den Legierungen Nrn. 1 bis 20
eine kleine mittlere Kristallkorngrösse von 70 μm
oder kleiner, und diese kleine mittlere Kristallkorngrösse
trägt zur Realisierung einer hohen Leuchtdichte und einer
langen Lebensdauer der Fluoreszenzlampen bei. Auf Grundlage der
vorstehenden Ergebnisse wird davon ausgegangen, dass die Elektrodenbauteile
aus den Legierungen Nrn. 1 bis 20 geeigneterweise als Materialien
einer Entladungskomponente einer Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe verwendet werden
können. Ferner kann bei den Proben, die unter Bedingungen
einer Drahtzuführgeschwindigkeit von 50°C/sek
oder mehr hergestellt wurden, die mittlere Kristallkorngrösse
weiter verringert werden, und es wird angenommen, dass solche Elektrodenbauteile
ferner zur Realisierung einer hohen Leuchtdichte und einer langen
Lebensdauer einer Fluoreszenzlampe beitragen können.
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Weiterhin
wurde für Vergleichszwecke eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe
hergestellt, die integrierte Produkte umfasst, die jeweils durch
Verbinden einer Nickelelektrode mit einem inneren Kovar-Anschlussdraht durch
Schweissen hergestellt waren, und es wurde ein Leuchttest durchgeführt.
Diese Vergleichslampe wurde wie die Fluoreszenzlampen der Proben
Nrn. 1 bis 20 und 30 bis 32 hergestellt, ausser dass die Elektrode
und der innere Anschlussdraht separat hergestellt und dann miteinander
verbunden wurden. Es wurden 100 solcher Vergleichslampen hergestellt.
Nach 1.000 Stunden vom Beginn des Leuchtens waren bei zwei Lampen der
100 Vergleichslampen die Elektroden von den inneren Anschlussdrähten
gelöst, und es wurde eine Verringerung der Leuchtdichte
beobachtet. Es wird angenommen, dass diese Defekte durch ein Verbindungsversagen
verursacht wurden. Im Gegensatz hierzu traten bei der Fluoreszenzlampe
von Probe Nr. 5, die die Elektrodenbauteile aus Legierung Nr. 5
umfasste, solche Defekte sogar nach 2.000 abgelaufenen Stunden nicht auf.
Entsprechend wird erwartet, dass ein Elektrodenbauteil aus einer
auf Fe-Ni basierenden Legierung, die ein spezifisches zusätzliches
Element enthält, und worin ein Elektrodenhauptkörperteil
und ein Anschlussteil integral gebildet sind, zu einer Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe
führen kann, die eine hohe Leuchtdichte und eine lange
Lebensdauer aufweist.
-
Die
vorstehend beschriebenen Beispiele können wie erforderlich
modifiziert werden, ohne von Grundsatz der vorliegenden Erfindung
abzuweichen, und sie sind nicht auf die vorstehend beschriebene
Struktur beschränkt. Zum Beispiel kann die Verwendung von
Glaswülsten eliminiert werden.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT:
-
Ein
erfindungsgemässes Elektrodenbauteil kann geeigneterweise
als Entladungskomponente einer Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe verwendet
werden. Ein erfindungsgemässes Verfahren zur Herstellung
eines Elektrodenbauteils kann geeigneterweise zur Herstellung des
erfindungsgemässen Elektrodenbauteils eingesetzt werden.
Die erfindungsgemässe Fluoreszenzlampe kann geeigneterweise
als Lichtquelle für verschiedene elektrische Vorrichtungen
verwendet werden, wie z. B. als Lichtquelle für eine Hintergrundbeleuchtung
einer Flüssigkristallanzeige, als Lichtquelle für
ein Vorderlicht einer kleinen Anzeige, als Lichtquelle zum Beleuchten eines
Originaldokuments in einem Kopierer, einem Scanner oder dergleichen,
und als Lichtquelle für eine Löschvorrichtung
eines Kopierers.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Bereitgestellt
werden ein Elektrodenbauteil für eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe,
das bezüglich der Zerstäubungsresistenz und der
Entladungseigenschaften herausragend ist und das eine herausragende Produktivität
besitzt, ein Verfahren zur Herstellung des Elektrodenbauteils, sowie
eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe.
-
Die
Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe (1) umfasst eine Glasröhre
(20) und Elektrodenbauteile (10), die in der Röhre
(20) angeordnet sind.
-
Jedes
der Elektrodenbauteile (10) umfasst einen Elektrodenhauptkörperteil
(11), der eine mit einem Boden versehene röhrenförmige
Form aufweist, und einen Anschlussteil (12), der an einem
Verschlussteil der Glasröhre (20) angeordnet ist,
und die Teile (11) und (12) sind integral gebildet.
Die Elektrodenbauteile (10) enthalten zumindest eine Art
eines Elements, ausgewählt aus Ti, Hf, Zr, V, Nb, Mo, W,
Sr, Ba, B, Th, Al, Y, Mg, In, Ca, Sc, Ga, Ge, Ag, Rh, Ta und Seltenerdelementen
(ausser Y und Sc), in einer Gesamtmenge im Bereich von 0,01 bis
5,0 Masse-%, wobei sich der Rest aus einer Fe-Ni-Legierung und Verunreinigungen
zusammensetzt. Da die Legierung, die die Elektrodenbauteile (10)
bildet, eine Fe-Ni-Legierung als Hauptkomponente enthält,
besitzt die Legierung einen thermischen Expansionskoeffizienten
nahe zu dem von Glas und ist bezüglich der Umformbarkeit
herausragend. Da die Legierung, die die Elektrodenbauteile (10)
bildet, ein spezifisches zusätzliches Element enthält,
ist die Legierung bezüglich der Zerstäubungsresistenz
und der Entladungseigenschaften herausragend.
-
- 1
- Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe
- 10
- Elektrodenbauteil
- 11
- Elektrodenhauptkörperteil
- 12
- Anschlussteil
- 13
- äusserer
Anschlussdraht
- 14
- Glaswulst
- 20
- Glasrohre
- 21
- fluoreszierende
Materialschicht
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2004-335407 [0005]
- - JP 2003-242927 [0006]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
