JP2004165007A - 電極の製造方法、電極及びそれを用いた冷陰極放電管 - Google Patents

Abstract

【課題】導入金属体にホロー金属体を取り付ける際の導入金属体とホロー金属体との接合部の接合強度を向上させることができる電極の製造方法、かかる製造方法によって得られる電極、及び冷陰極放電管を提供する。
【解決手段】ガラスバルブの両端部に封入される導入金属体２とその先端部に取り付けられたホロー金属体１とを用いて構成された電極Ｄの製造方法であって、ホロー金属体１が、導入金属体２を嵌入可能な穴部１ａを有し、穴部１ａに導入金属体２を嵌入した状態で、穴部１ａの側方部からレーザ光７を所定時間Ｃ照射することによって、穴部１ａ内にホロー金属体１と導入金属体２との接合部８を形成し、前記レーザ光照射にあたり、レーザ光照射時間Ｃのうち、第１時間Ａにおいては所定の略一定エネルギー強度Ｅのレーザ光を照射し、第２時間Ｂにおいては略一定エネルギー強度Ｅからエネルギー強度が時間経過とともに減少するようにレーザ光７を照射する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、及び液晶テレビなどに用いられる液晶表示装置のバックライト光源として使用される冷陰極放電管、特にその放電管を成す電極に関し、詳しくは、電極の製造方法、かかる製造方法によって製造される電極、及びこの電極を用いて構成された冷陰極放電管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、周知のようにパーソナルコンピュータやワードプロセッサなどに液晶表示装置が用いられており、このような液晶表示装置のバックライト光源として、冷陰極放電管が採用されている。
【０００３】
このような冷陰極放電管の従来の構造等について、図面を参照しながら説明する。図３は従来技術にかかる冷陰極放電管の一例の断面図であり、ガラスバルブ９の両端部に、金属体１１が取り付けられた導入金属体１２が、ガラスビード１６を介して封止されている。ここで、導入金属体１２は、例えば、ガラスバルブ９の外に突出した低融点の第二金属体（例えばニッケル金属体）１４とガラスビード１６との封着性に優れる、例えばタングステン等の高融点の第一金属体１３とを溶接して構成されている。つまり、導入金属体１２としては、第二金属体１４と第一金属体１３とを溶接した接合金属体が用いられる。
【０００４】
また、ガラスバルブ９の内面には、蛍光被膜１０が形成されており、さらに、ガラスバルブ９の内部には、所定量のアルゴン及びネオンの混合ガスと、水銀が適切な分量だけ拡散封入されている。
【０００５】
最近の金属体１１としては、図４に示すように、放電面積を大きくするために有底筒状のホロー形状に形成されたホロー金属体１１が使用されており、かかる金属体１１の形成材料としては、例えば、融点が約１，５００℃のニッケルやニオブ等の金属材料が用いられている。
【０００６】
そして、従来技術においては、このホロー金属体１１の底部と導入金属体１２の一部を成す第一金属体１３の端部とは、両者が当接された状態で、ホロー金属体１１の内面側に溶接棒を当接する抵抗溶接、または図４に示すようにホロー金属体１１の開口部より底部にレーザ光１７を照射するレーザ溶接などによって一体化されている。（例えば、特許文献１参照）
しかしながら、前記従来技術においては、抵抗溶接にしてもレーザ溶接にしても第一金属体１３の端面がホロー金属体１１の底面に接合して一体化されているだけであるため、第一金属体１３とホロー金属体１１との接合部１５の接合強度は弱く、ホロー金属体１１が第一金属体１３から外れやすい問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−５６８１０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のレーザ溶接ではホロー金属体１１は融点の低いニッケルなどで形成され、導入金属体１２の接合部の第一金属体１３は融点の高いタングステンなどによって形成されているが、ホロー金属体１１の底部にレーザ光が照射されることにより加熱されても第一金属体１３へ熱が伝わりにくく、融点も高いことから第一金属体１３は溶融されないので、レーザ照射のエネルギー量を上げる必要が生じる。その場合には、ホロー金属体１１の底部は過度の溶融となり形状が維持できなくなる。
【０００９】
したがって、従来はホロー金属体１１が形状を維持しつつ溶融する程度にレーザ光を照射し、接続強度が低い状態で導入金属体１２と一体化せざるを得なかったのである。また、レーザ溶接ではレーザ光の集光径の寸法がホロー金属体１１の開口径に制限されるため、細管の冷陰極放電管用電極の製造では位置精度の確保も難しいとの問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、前記従来技術の課題を解決するためになされたものであって、導入金属体にホロー金属体を取り付ける際の導入金属体とホロー金属体との接合部の接続強度を向上させることができる電極の製造方法、かかる製造方法によって得られる電極、及び冷陰極放電管を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は前記課題を解決するため鋭意研究を重ねたところ、次のことを見出した。すなわち、ガラスバルブの両端部に封入される導入金属体とその先端部に取り付けられたホロー金属体とを用いて構成された電極の製造方法においては、レーザ光照射時間のうち照射開始時から所定の時間経過時までは所定の略一定エネルギー強度のレーザ光を照射し、前記所定時間経過時を過ぎて照射終了時までは前記略一定エネルギー強度からエネルギー強度が時間経過とともに減少するようにレーザ光を照射すれば、前記ホロー金属体と前記導入金属体との接合部の接合強度を向上させることが可能であることを見出した。
【００１２】
このようにレーザ光を照射することで前記接合部の接合強度向上が図れるのは、 低融点材料の前記ホロー金属体と高融点材料の前記第一金属体が、溶接時のレーザ光照射により溶けた状態から徐冷されることにより混ざりやすくなり、強固な合金層が出来るためであると考えられる。
【００１３】
本発明はかかる知見に基づくものであり、前記課題を解決するため、ガラスバルブの両端部に封入される導入金属体とその先端部に取り付けられたホロー金属体とを用いて構成された電極の製造方法であって、
前記ホロー金属体が、前記導入金属体を嵌入可能な穴部を有し、前記ホロー金属体穴部に前記導入金属体を嵌入した状態で、前記ホロー金属体穴部の側方部からレーザ光を所定の時間照射することによって、前記ホロー金属体穴部内に前記ホロー金属体と前記導入金属体との接合部を形成し、
前記レーザ光照射にあたり、前記レーザ光照射時間のうち、照射開始時から所定の時間経過時までの第１の時間においては所定の略一定エネルギー強度のレーザ光を照射し、前記所定時間経過時を過ぎて照射終了時までの第２の時間においては前記略一定エネルギー強度からエネルギー強度が時間経過とともに減少するようにレーザ光を照射することを特徴とする電極の製造方法を提供するものである。
【００１４】
この電極の製造方法によると、前記レーザ光照射にあたり、前記レーザ光照射時間のうち、照射開始時から所定の時間経過時までの第１時間においては前記略一定エネルギー強度のレーザ光を照射し、前記所定時間経過時を過ぎて照射終了時までの第２時間においては前記略一定エネルギー強度からエネルギー強度が時間経過とともに減少するようにレーザ光を照射するので、前記ホロー金属体と前記導入金属体との接合部に強固な合金層が形成され、接続強度を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明にかかる電極の製造方法においては、前記ホロー金属体穴部内に前記接合部を複数形成する構成が好ましい。
【００１６】
この好ましい構成によれば、前記ホロー金属体穴部の側方部からレーザ光の照射を行って前記接合部を形成するため、そのレーザ光の照射を複数箇所に行うことが可能となる。つまり、前記ホロー金属体穴部において、前記ホロー金属体と前記導入金属体との接合部を複数設けることができる。従って、この好ましい構成によれば、複数の接合部を形成することによって、前記ホロー金属体と前記導入金属体とをより強固に接続することができる。
【００１７】
本発明に係る電極の製造方法において、前記ホロー金属体の形成材料としては、例えば、ニッケル、ニオブ等の金属材料を挙げることができる。
【００１８】
前記導入金属体は、例えば、高融点の第一金属体と低融点の第二金属体とを接合して構成されていてもよい。前記第一金属体の形成材料としては、代表例として、タングステンを、前記第二金属体の形成材料としては、代表例として、ニッケルを挙げることができる。
【００１９】
前記レーザ光照射時間としては、それには限定されないが、４ｍＳ〜５ｍＳ程度を例示でき、前記第１時間としては、それには限定されないが、前記レーザ光照射時間の５０％〜６０％程度を例示できる。
【００２０】
また、前記第１時間において照射するレーザ光の略一定エネルギー強度としては、 ５Ｗ〜３０Ｗ程度を例示できる。前記第２時間において前記略一定エネルギー強度からエネルギー強度が時間経過とともに減少する場合としては、前記略一定エネルギー強度からエネルギー強度が時間経過とともに次第に（例えば、単位時間当たり略一定に）減少する場合を例示できる。そして、前記照射終了時のレーザ光のエネルギー強度としては、前記略一定エネルギー強度の５０％〜６０％程度を例示できる。
【００２１】
本発明はまた、前記した本発明に係る電極の製造方法で製造されたことを特徴とする電極を提供する。
【００２２】
本発明はさらに、内部に所定圧の希ガスが封入されたガラスバルブの両端部に電極が封止された冷陰極放電管であって、前記電極が前記した本発明に係る電極の製造方法で製造された電極であることを特徴とする冷陰極放電管を提供する。
【００２３】
このように構成された冷陰極放電管によると、ホロー金属体の強固な取り付けを実現可能であるため、使用中等において、ホロー金属体が外れる等の問題をなくすことができる。さらに、本発明に係る電極は、前記ホロー金属体穴部の側方部からレーザ光の照射を行うことによって取り付けられているため、ホロー金属体内表面の酸化を適切に防止することが可能となる。よって、かかる電極を用いた冷陰極放電管においては、電極外表面からの放電が確実に防止され、十分な放電面積を有する電極内面（ホロー金属体の内表面）から適切に放電がなされることとなり、暗黒始動特性が良好な放電管を得ることができる。また、電極外表面からの放電が防止されることによって、金属飛散によるスパッタの発生をなくすことができるため、放電を継続して行っても、ホロー金属体に穴があいたり、ホロー金属体と導入金属体との溶接部分が脆くならず、ホロー金属体の脱落等を防ぐことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施形態に係る電極の製造方法（ホロー金属体と導入金属体との接合方法）を説明するための概略断面図である。なお、図１には両端部の電極のうち一方のみを示しているが、他方の電極についても同様であり、ここでは図示を省略してある。
【００２６】
図１に示すように、導入金属体２は、ここでは、高融点金属である第一金属体３（ここではタングステン金属体）と低融点金属である第二金属体４（ここではニッケル金属体）とを溶接して構成されている。すなわち、導入金属体２としては、第一金属体３と第二金属体４とが接合部５を介して接続された接合金属体が用いられている。このように第一金属体３として高融点金属である（すなわち、膨張係数が小さい）金属体を用いるのは、放電管を構成する際にガラスビード等と一体化を図るためである。
【００２７】
ホロー金属体１は、その上部が筒状に形成されており、下部が第一金属体３が嵌入可能なように穴部１ａが形成されている。すなわち、本実施形態にかかる電極Ｄは、断面Ｈ型のホロー金属体１を用いて構成されている。かかるホロー金属体１は、図１に示すように、導入金属体２の先端部に取り付けられる。より具体的には、導入金属体２を構成する第一金属体３に対して、ホロー金属体１が取り付けられる。
【００２８】
本実施形態にかかる電極Ｄの製造方法では、ホロー金属体１と第一金属体３とを接合させるための図示を省略したレーザ光射出手段を用いる。かかるレーザ光射出手段は、レーザ光７の射出時間をカウントするタイマーカウント手段及び前記タイマーカウント手段によるレーザ光射出時間に基づいてレーザ光７の出力エネルギー（例えば出力電圧）を制御できる制御手段を備えている。
【００２９】
そして、本実施形態にかかる電極Ｄの製造方法においては、まず、ホロー金属体１の穴部１ａに導入金属体２を成す第一金属体３を嵌入させる。
【００３０】
次いで、このように第一金属体３を穴部１ａに嵌入させた状態において、第一金属体３と穴部１ａとの接触部分に対して、ホロー金属体１の外面側方部（本発明の「側方部」に相当）から図示を省略した前記レーザ光射出手段を用いてレーザ光７を複数箇所（ここでは三箇所）にそれぞれ所定の照射時間Ｃ（ここでは５ｍＳ）照射する。さらに説明すると、前記レーザ光射出手段を、そのレーザ光射出部を穴部１ａに向けた状態で穴部１ａの周りをホロー金属体１及び第一金属体３長手方向軸を中心に回動させるか又はホロー金属体１及び第一金属体３を、その長手方向軸を中心に回転させるか或いはその両方を行い、レーザ光照射時には前記レーザ光射出手段及び金属体１、３の動きを停止させて、図１に示すように、穴部１ａの外面側方部から図中矢印Ｙ１、Ｙ２方向及び図示しない正面方向の３方向からレーザ光の照射を行う。なお、複数のレーザ光射出手段をレーザ光照射箇所にそれぞれ配置し、この複数のレーザ光射出手段よって複数方向からレーザ光の照射を行ってもよい。
【００３１】
このとき、前記レーザ光射出手段の前記制御手段は、それぞれのレーザ光照射箇所において、前記タイマーカウント手段によって、照射開始時から所定の時間経過時までの第１の時間及び前記所定時間経過時を過ぎて照射終了時までの第２の時間をカウントし、前記第１時間においては所定の略一定出力エネルギー強度（例えば所定の略一定出力電圧）になるように、前記第２時間においては前記略一定出力エネルギー強度（例えば前記略一定出力電圧）からエネルギー強度（例えば電圧）が時間経過とともに減少するようにレーザ光の出力エネルギー強度（例えば出力電圧）を制御する。
【００３２】
このレーザ光の照射について図２を参照しながらさらに詳しく説明する。図２にレーザ光の照射エネルギー強度と時間との関係を示す。
【００３３】
図２に示すように、レーザ光照射全時間Ｃのうち、照射開始時から所定の時間経過時までの第１の時間Ａ（ここではレーザ光照射時間Ｃの６０％である３ｍＳ）においては所定の略一定エネルギー強度Ｅ（ここでは８Ｗ程度）のレーザ光が照射され、前記所定時間経過時を過ぎて照射時間終了時までの第２の時間Ｂにおいては略一定エネルギー強度Ｅからエネルギー強度が時間経過とともに減少するように、ここでは次第に（図示例では単位時間当たり略一定に）減少するようにレーザ光が照射される。そして、照射終了時には、レーザ光の出力エネルギー強度は図中Ｆ（ここでは略一定エネルギー強度Ｅの６０％である４．８Ｗ程度）となり、そのあとレーザ光照射が停止される。
【００３４】
前記の工程を経て、本実施形態においては、図１に示すように、ホロー金属体１と導入金属体２の一部を成す第一金属体３との間には、両金属体１、２を接合させるための三箇所の溶接接合部８（本発明の「接合部」に相当）が穴部１ａ内に形成されることとなる。
【００３５】
本実施形態によると、前記レーザ光照射にあたり、レーザ光照射時間Ｃのうち、第１時間Ａにおいては略一定エネルギー強度Ｅのレーザ光７を照射し、第２時間Ｂにおいては略一定エネルギー強度Ｅからエネルギー強度が時間経過とともに減少するようにレーザ光７を照射するので、かかるレーザ光照射によるホロー金属体１と導入金属体２との接合部８の接続強度を向上させることができる。
【００３６】
さらに以上のように構成された電極Ｄは、図３に示すように構成された冷陰極放電管に使用することが可能である。つまり、電極以外の要素については、従来と同様の構成に基づいて、冷陰極放電管を構成することが可能である。そして、本実施形態にかかる電極Ｄを用いて構成された冷陰極放電管によれば、ホロー金属体１の導入金属体２への強固な取り付けが実現可能であるため、使用中等において、ホロー金属体１が外れる等の問題をなくすことができる。
【００３７】
また、本実施形態にかかる電極Ｄは、ホロー金属体１穴部１ａの側方部からレーザ光７の照射を行うことによって取り付けられているため、ホロー金属体１内表面の酸化を適切に防止することが可能となる。よって、かかる電極Ｄを用いた冷陰極放電管においては、電極外表面からの放電が確実に防止され、十分な放電面積を有する電極内面（ホロー金属体の内表面）から適切に放電がなされることとなり、暗黒始動特性が良好な放電管を得ることができる。さらに、電極外表面からの放電が防止されることによって、金属飛散によるスパッタの発生をなくすことができるため、放電を継続して行っても、ホロー金属体１に穴があいたり、ホロー金属体１と導入金属体２との溶接部分が脆くならず、ホロー金属体１の脱落等を防ぐことができる。
【００３８】
なお、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、前記したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【００３９】
例えば、前記実施形態においては、三つの溶接接合部８を用いてホロー金属体１穴部１ａを導入金属体２に固定する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、穴部１ａと導入金属体２との当接面積に応じて、溶接箇所を一箇所又は二箇所或いは四箇所以上としてもよい。
【００４０】
さらに、前記実施形態においては、ホロー金属体１の形状と、その形状に即した適切な溶接箇所の選択等とに基づいて、上述した種々の効果を奏する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、上述した実施形態に加え、不活性ガスの噴出等を行ってもよい。具体的には、ホロー電極１の外面側方部からのレーザ光７の照射時において、このレーザ光７の照射と共に、ホロー金属体１の内面に対して不活性ガスを噴出してもよい。この不活性ガスとしては、例えば窒素ガス等が挙げられ、かかる不活性ガスは、ノズル（図示省略）を介してホロー金属体１の内面に噴出される。
【００４１】
このようにして、ホロー金属体１の内表面に対して不活性ガスの噴出を行えば、ホロー金属体１の内部を不活性雰囲気（窒素雰囲気）とすることが可能となるため、レーザ光７の照射時に、間接的にホロー金属体１の内面が温度上昇しても、かかる温度上昇（熱）によるホロー金属体１内面の酸化を確実に防止することができる。つまり、より効果的に、ホロー金属体１内面の酸化を防止することが可能となる。
【００４２】
したがって、このようにして形成された電極Ｄを用いて冷陰極放電管（図３参照）を構成すれば、暗黒始動特性がより良好であって、ホロー金属体１の脱落等をより確実に防止可能な、安定した性能を有する放電管を得ることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、ホロー金属体として、導入金属体を嵌入可能な穴部を有するものを用い、ホロー金属体穴部に導入金属体を嵌入した状態で、ホロー金属体穴部の側方部からレーザ光を所定の時間照射することによって、ホロー金属体穴部内にホロー金属体と導入金属体との接合部を形成し、前記レーザ光照射にあたり、前記レーザ光照射時間のうち、照射開始時から所定の時間経過時までの第１の時間においては、所定の略一定エネルギー強度のレーザ光を照射し、前記所定時間経過時を過ぎて照射終了時までの第２の時間においては、前記略一定エネルギー強度からエネルギー強度が時間経過とともに減少するようにレーザ光を照射するので、ホロー金属体と導入金属体との接合部の接続強度を向上させることができる電極の製造方法、かかる製造方法によって得られる電極、及び冷陰極放電管を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電極の製造方法を説明するための概略断面図
【図２】レーザ光の照射エネルギーと時間との関係を示すグラフ
【図３】従来技術にかかる冷陰極放電管の一例の断面図
【図４】図３に示す冷陰極放電管内の電極の一部の拡大図
【符号の説明】
１ ホロー金属体
１ａ 穴部
２ 導入金属体
７ レーザ光
８ 溶接接合部（接合部）
Ｄ 電極

Claims (4)

1. ガラスバルブの両端部に封入される導入金属体とその先端部に取り付けられたホロー金属体とを用いて構成された電極の製造方法であって、
   前記ホロー金属体が、前記導入金属体を嵌入可能な穴部を有し、前記ホロー金属体穴部に前記導入金属体を嵌入した状態で、前記ホロー金属体穴部の側方部からレーザ光を所定の時間照射することによって、前記ホロー金属体穴部内に前記導入金属体との接合部を形成し、
   前記レーザ光照射にあたり、前記レーザ光照射時間のうち、照射開始時から所定の時間経過時までの第１の時間においては所定の略一定エネルギー強度のレーザ光を照射し、前記所定時間経過時を過ぎて照射終了時までの第２の時間においては前記略一定エネルギー強度が時間経過とともに減少するようにレーザ光を照射することを特徴とする電極の製造方法。
2. ホロー金属体穴部内に前記ホロー金属体と導入金属体との接合部を複数形成する請求項１記載の電極の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の電極の製造方法にて製造されたことを特徴とする電極。
4. 内部に所定圧の希ガスが封入されたガラスバルブの両端部に電極が封止された冷陰極放電管であって、前記電極が請求項３記載の電極であることを特徴とする冷陰極放電管。

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