JP2004235072A - 蛍光放電管用電極合金、蛍光放電管用電極およびその電極を備えた蛍光放電管 - Google Patents

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Abstract

【課題】ランプ輝度が向上し、成形加工性に優れた蛍光放電管用電極合金、蛍光放電管用電極、同電極を備えた蛍光放電管を提供する。
【解決手段】本発明による蛍光放電管用電極合金は、Wを2.0〜10mass%含有し、残部実質的にNiからなるNi−W合金、あるいはWを2.0〜6.0mass%およびNb、Taのいずれか一種または二種の元素を合計量で0.5〜2.0mass%含有し、残部実質的にNiからなるNi−W−Nb合金、Ni−W−Ta合金あるいはNi−W−Nb−Ta合金によって形成される。本発明による蛍光放電管用電極2は、前記電極合金により形成され、一端が解放された管部3と、前記管部3の他端を閉塞する端板部4とを備える。前記端板部4が管部3の管壁厚さよりも厚く形成される。前記端板部4には管部3と同心状に給電用導電体位置決め用凹部6を形成することができる。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば液晶のバックライトとして用いられる蛍光放電管、その電極および電極材に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶装置にはバックライトとして小形の蛍光放電管が用いられる。かかる蛍光放電管は、図3に示すように、内壁面に蛍光膜(図示省略)が形成され、その内部に放電用ガス(アルゴンガス等の希ガスおよび水銀蒸気)が封入されたガラス管11と、そのガラス管11の両端部に設けられた一対の冷陰極を構成する電極12を備えている。前記電極12は、一端が解放された筒状の管部13と、この管部13の他端を閉塞する端板部14とによって有底筒状に一体的に形成されている。前記端板部14には前記ガラス管11の端部を貫通するように封止された棒状の導電体15の一端が溶接され、この導電体15の他端にリード線17が接続される。
【0003】
前記電極12は、従来、純Niによって形成され、そのサイズは、バックライト等の小形の蛍光放電管用のものでは、例えば内径1.5mm程度、全長5mm程度、壁部13の肉厚0.1mm程度である。かかる筒状電極は、通常、前記管部の肉厚と同等の厚さを有する純Ni薄板を深絞り成形することによって一体的に成形される。
【0004】
蛍光放電管用電極に関する技術として、特開2002−110085号公報(特許文献1)には、ランプ寿命を向上させるために、電極をスパッタ率の低い、Nb、Ti、Ta又はこれらの合金で形成することが記載されている。しかし、これらの高融点酸化性金属は高価である上、プラズマアーク溶解法や粉末冶金法など、通常の溶解・鋳造法とは異なる特殊な方法によってバルク材を製造する必要があり、さらに純Niに比較して成形加工性が非常に悪く、純Niのように筒状電極に容易に成形加工することができないという問題がある。
【特許文献1】
特開2000−3973号公報(特許請求の範囲)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のとおり、蛍光放電管用電極は、主として成形性が良好で、材質的にも安定な純Niによって形成されていたが、蛍光放電管の小形化に伴って、輝度の向上が求められている。輝度を向上させるには、放電管に封入された放電用ガス(希ガス)の圧力を下げればよいが、点灯の際に電極にイオン等が衝突して電極金属から原子を放出する現象(スパッタリング)が生じ易くなる。この結果、電極金属の原子がガラス管内に封入された水銀と結合し、水銀蒸気を消耗させるので、ランプ寿命が低下するという問題がある。
また、従来の筒状電極は端板部が筒状本体と同等の肉厚しかないため、給電用の導電体を溶接する際の溶接条件が厳しく、溶着不良が生じ易い。このため電極への電気的、熱的接合が不確実となり、放電状態、放熱状態が不安定となり、蛍光放電管の輝度が低下し、またランプ寿命も低下し易くなるという問題がある。
本発明は、かかる問題に鑑みなされたもので、成形加工性に優れ、しかも放電管の輝度を向上させることができる蛍光放電管用電極合金を提供すること、また給電用導電体の溶着不良に起因する輝度の低下、ランプ寿命の低下を防止することができる蛍光放電管用電極を提供すること、さらに上記特徴を備えた蛍光放電管を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明による蛍光放電管用電極合金は、Wを2.0〜10mass%含有し、残部実質的にNiからなるNi−W合金、あるいはWを2.0〜6.0mass%およびNb、Taのいずれか一種または二種の元素を0.5〜2.0mass%含有し、残部実質的にNiからなるNi−W−Nb合金、Ni−W−Ta合金あるいはNi−W−Nb−Ta合金によって形成される。
【0007】
この電極合金によれば、Niに電子放出特性に優れたWを適量含むので、純Niに対して実用上遜色のない成形加工性を確保しつつ、同様の放電条件の下で蛍光放電管の輝度を向上させることができる。また、Nb、Taの1種または2種を0.5〜2.0mass%と僅かに添加することによって、電極のスパッタ率を低下させることができ、ランプ寿命が向上する。Nb、Taも成形加工性を劣化させ、その程度はWより2倍程度大きいので、これらの元素をWとともに複合添加する場合は、W量の上限は6.0%にする必要がある。
【0008】
また、本発明による蛍光放電管用電極は、一端が解放された管部と、前記管部の他端を閉塞する端板部とを備え、前記管部と端板部とが前記電極合金によって一体的に成形され、前記端板部が管部の管壁厚さよりも厚く形成される。
【0009】
この電極によれば、管部の管壁の厚さが薄い場合であっても、給電用導電体が溶着される端板部の厚さが管部の管壁の厚さよりも厚く形成されるので、前記導電体の端部を端板部に突き合わせ状に溶着する際、溶接出力などの溶着出力の微妙な制御を行うことなく導電体の端部を端板部に容易に溶着することができ、両者の溶着不良を防止することができる。このため、導電体と電極との電気的、熱的接合が確実となり、放電状態、放熱状態が安定し、蛍光放電管の輝度やランプ寿命の低下を防止することができる。また、蛍光放電管の製造歩留まりを向上させることができる。
【0010】
前記電極において、前記端板部の外側に前記管部と同心状に配置された導電体位置決め用凹部を設けることが好ましい。かかる導電体位置決め用凹部を設けることによって、導電体の端部を前記凹部に差し込んで溶着するだけで、電極の端板部に導電体を同心状に確実に溶着することができる。このため、導電体をガラス管の端部に同心状に封止することにより、電極とガラス管とが同心状に配置され、ガラス管内における放電状態の均一性、安定性が向上し、ランプ寿命をより向上させることができる。
【0011】
また、前記電極は上記本発明に係る電極用合金(Ni−W合金、Ni−W−Nb合金、Ni−W−Ta合金あるいはNi−W−Nb−Ta合金)で形成されるので、その電極合金の優れた成形加工性によって一体成形することができ、また電子放出特性の優れたWの作用によりランプ輝度を向上させることができる。
【0012】
また、本発明による蛍光放電管は、内壁面に蛍光膜が形成され、その内部に放電用ガスが封入されたガラス管と、そのガラス管の両端部にガラス管と同心状かつガラス管の内外に貫通状に封止された給電用導電体と、前記ガラス管の内部に配置され、前記給電用導電体の端部に接続された一対の電極を備えた蛍光放電管であって、前記電極として上記本発明にかかる蛍光放電管用電極が用いられ、前記電極の端板部の外側に前記給電用導電体が同心状に溶着されたものである。この蛍光放電管によれば、上記本発明にかかる電極による各効果を備える。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の電極合金は、Wを2.0〜10mass%含有し、残部Niおよび不可避的不純物からなるNi−W合金からなるものである。この合金には、W量を2.0〜6.0mass%とし、Nb、Taの一種あるいは二種を合計量で0.5〜2.0mass%含有することができ、Ni−W−Nb合金、Ni−W−Ta合金あるいはNi−W−Nb−Ta合金(以下、これらのNb、Taを含むNi−W合金も単にNi−W合金という場合がある。)とすることができる。
【0014】
電極を形成する金属元素の電子放出特性は、一般的に下記式(Richardson−Dushmanの式)で求められる飽和熱電子電流(I)によって表され、Iが大きいほど電子放出特性に優れる。下記式から明らかなように、Iは仕事関数φ、絶対温度Tが一定であれば、ダッシュマン定数Aが大きいほど電子放出特性は向上する。仕事関数φについてはNiが4.5eV、Wが4.6eVとほぼ同等であり、ダッシュマン定数AはNiが30、Wが70である。これより、電子放出特性はWがNiの2倍以上あることがわかる。蛍光放電管、例えば液晶装置のバックライトの温度は一定(600℃)であるので、その温度におけるNi−W合金の電子放出量はNiより高く、W量が多いほどNi−W合金の電子放出量は増大し、輝度が向上する。W量が2.0%未満では輝度向上作用が過少であるので、本発明ではW量の下限を2.0%、好ましくは3.0%とする。
=AT2exp(−φ/kT)
但し、T:絶対温度、φ:仕事関数、k:ボルツマン定数
【0015】
一方、WはNiの成形加工性を低下させる。後述の実施例から明らかなように、W量が10%を超えると成形加工性が低下し、インパクト成形(冷間閉塞鍛造)によって筒状電極を一体成形することが困難になる。このため、W量の上限を10%、好ましくは8%とする。
【0016】
Nb、Taはスパッタ率を低下させ、ランプ寿命の向上に効果がある元素である。本発明者は、これらの元素をNi−W合金に僅かに添加するだけで、添加量に比してスパッタ率が大幅に低下することを知見した。Nb、Taの一種または二種の合計量が0.5%未満では、スパッタ率の低下作用が過少であるので、添加量(合計量)の下限を0.5%、好ましくは1.0%とする。一方、発明者の実験によると、これらの元素はWに比して2倍程度成形加工性を劣化させ、添加量が2.0%を超えると、Wを複合添加する場合、成形加工性の劣化が著しくなる。このため、添加量(合計量)の上限を2.0%、好ましくは1.5%とする。Nb、Taを添加する場合、これらの元素による成形加工性の劣化を考慮して、W量の添加の上限を6.0%、好ましくは5.0%とする。なお、後述の実施例から明らかなように、Taの方がNbよりもスパッタ率の低減効果は大きい。
【0017】
前記電極合金は、高融点の難加工性元素を含むものの、純Niと同様、成形性、加工性に極めて優れるので、大気下で鋳造した後、その鋳造片を大気下で熱間圧延し、必要に応じて不活性雰囲気下で焼鈍した後、冷間圧延することにより0.1mm程度のシートに容易に加工することができる。そして、必要に応じて仕上焼鈍(軟化焼鈍)した後、前記シートを絞り成形することによって、筒状電極を製造することができる。また、鋳造片を熱間圧延や熱間鍛造によって棒材に加工し、これを伸線し、得られた線材を適宜の長さに切断して短軸状素材(スラグという。)を得て、必要に応じて仕上焼鈍した後、これをインパクト成形することによって筒状電極を得ることができる。インパクト成形する場合、筒状電極の端板部の板厚を筒状部に比して容易に厚くすることができ、さらにまた端板部に導電体位置決め用の凹部を容易に一体成形することができ、生産性に優れる。なお、仕上焼鈍は、800〜950℃程度で3min から3hr程度保持すればよい。焼鈍雰囲気は、Nb、Taを含まないNi−W合金では水素ガス雰囲気中で行えばよいが、Nb、Taを含む場合は、これらの元素は酸化および窒化し易いので、真空雰囲気あるいはAr等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
【0018】
次に、本発明の実施形態にかかる蛍光放電管およびその電極について説明する。図1は、実施形態にかかる蛍光放電管の要部断面図であり、この蛍光放電管は、内壁面に蛍光膜8が形成され、放電用ガス(アルゴンガス等の希ガスおよび水銀蒸気)が封入されたガラス管1と、そのガラス管1の両端部に設けられた一対の冷陰極を構成する電極2を備えている。
【0019】
前記電極2は、一端が解放された管部3と、この管部3の一端を閉塞する端板部4とが一体的に形成されている。前記端板部4には、給電用の棒状の導電体5と前記管部3とが同心状に配列されるように、前記導電体5の一端が嵌合される導電体位置決め用凹部6が形成されている。前記導電体5は、ガラス管1の端部を内外に貫通するように封止され、ガラス管1の内側の端部が前記凹部6に嵌合され、端板部4との境界外周部においてレーザ溶接、抵抗溶接、ろう付けなどによって溶着されている。前記ガラス管1の外側に位置する、前記導電体5の他端には給電用のリード線7が接続される。
【0020】
前記端板部4の厚さ(導電体5が溶着される部位の厚さt)は、前記凹部6を形成するとともに導電体5を端板部4に十分溶着することができるように、前記管部3の管壁の肉厚よりも厚く形成されている。小形の蛍光放電管では、電極2の長さは4〜10mm程度、管部3の肉厚は0.08〜0.2mm程度に形成され、前記端板部4の厚さは前記管部3の肉厚の3〜10倍程度に形成される。なお、端板部4における凹部6の深さは管部3の管壁厚さ以上、好ましくは管壁厚さの2倍以上とするのがよく、また凹部6の底面と管部側内面との肉厚は管壁の肉厚程度以上あればよい。
【0021】
前記電極2は、純Niで形成することができるが、前記電極用Ni−W合金で形成することが好ましい。前記Ni−W合金を用いることにより、純Niと同等程度の冷間成形性を有するとともに、蛍光放電管の輝度を向上させることができる。さらに、Nb、Taを含む場合は、スパッタ率を低減することができ、ランプ寿命を向上させることができる。この筒状電極は、インパクト成形によって一体成形される。
【0022】
上記実施形態では、導電体位置決め用凹部6が端板部4に一体成形された例を示したが、前記凹部6は必ずしも必要としない。もっとも、前記凹部6を形成することによって、導電体5と電極2の管部3とが同心状に配置されるので、前記導電体5をガラス管1に同心状に封止することによって、電極2とガラス管1とを同心状に容易に配置することができ、放電状態の不均一化を防止することができ、放電の安定化、ランプ寿命の向上を図ることができる。
【0023】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されるものではない。
【0024】
【実施例】
表1に示す組成のNi−W合金を真空誘導炉にて1500℃にて溶解し、その溶湯を鋳造した鋳造片を大気中で1100℃で熱間鍛造した後、圧延開始温度1100℃で熱間圧延を行い、熱延板および熱延線材を得た。これらの熱延材は窒素および水素の混合ガス(大気圧)中で焼鈍(900℃で2hr保持)され、冷間圧延および冷間伸線が施され、板厚0.1mmの薄板、外径1.7mmφの線材に加工された。これらの試料を用いて加工性およびスパッタ率が測定された。
【0025】
加工性は、Nb、Taを含まないNi−W合金についてはインパクト成形試験および圧縮試験によって評価した。また、Nb、Taを含むNi−W合金のインパクト成形性については圧縮試験結果によって評価した。
【0026】
インパクト成形試験は、前記線材を1.8mmの長さのスラグに切断し、仕上焼鈍(真空雰囲気下、900℃で2hr保持)後、これを用いて図2に示す、内径1.5mmφ、外径1.7mmφ、全長5.4mm、導電体位置決め用凹部深さ0.2mmの筒状電極を実際に成形することによって行われた。用いた成形型のパンチは、外径1.5mmφ、先端部開き角150°、材質ダイス鋼(SKD11)である。一方、ダイは、内径は1.7mmφ、材質超硬合金(D種6号)である。インパクト成形性の評価は、成形回数が1000ショットに到達する前あるいは到達時点でダイが破損し、あるいはパンチが変形したため、成形が出来なくなったものを成形不可(×)、前記ショット数に到達した時点でダイの破損やパンチの変形が生じず、さらに成形可能であったものを成形可能(○)とした。
【0027】
圧縮試験は、前記スラグの軸方向に1470MPa(150kgf/mm)の荷重を付加し、下記式により圧縮率(%)を求めた。
圧縮率=(加圧後のスラグ長さ)/(加圧前のスラグ長さ)×100
【0028】
また、スパッタ率は以下の要領により測定された。Ni合金薄板から試験片(10mm×10mm)を採取し、試験面を鏡面研磨した。イオンビーム装置(Veeco社製、型式:VE−747)を用いて、前記試験片をターゲットとし、ターゲットと基板との間に電圧(500V)を印加し、一定時間(30min )アルゴンイオン(1.3×10−6Torr)を試験面に加速衝突させ、スパッタリングした。試験面には鏡面の一部をマスキングした非スパッタ部が形成されており、スパッタリング後には、スパッタリングによって試験片の鏡面部が削られたスパッタ部とマスキングされた非スパッタ部との境界に段差が形成される。この段差を接触式粗度計(Sloan社製、型式:DEKTAK2A)を用いて測定し、下記式からスパッタ率(%)を求めた。
スパッタ率=段差(Å)/スパッタ時間(30min )×100
【0029】
以上のようにして求めた圧縮率、インパクト成形性、スパッタ率を表1に併せて示す。なお、比較のため、純Niのバルク材を準備し、これを用いて上記と同様の条件でスパッタリングすることによって求めたスパッタ率も併せて示す。
【0030】
【表1】
Figure 2004235072
【0031】
表1より、試料No. 1〜8のNi−W合金の各試料によると、W量が10.0%以下では、小形筒状電極に対するインパクト成形性に優れる。スパッタ率は純Nbと同等程度であるが、Nb、Taを僅かな添加した試料No. 8〜10では、純Niに対して10%以上低下していることが分かる。また、試料No. 8〜10のNb、Taを含むNi−W合金では、その圧縮率は55%以下であり、試料No. 1〜7の圧縮率とインパクト成形性との関係から、これらの試料においても優れたインパクト成形性を期待することができる。
【0032】
【発明の効果】
本発明の電極合金は、NiにWを1.0〜10%含有させたものであり、インパクト成形等に対する成形加工性を損なうことなく、純Niに比して蛍光放電管の輝度を向上させることができる。また、Wが1.0〜6.0%の下でさらにNb、Taを僅かに含有させることにより、前記Ni−W合金の特性を備え、さらにスパッタ率を添加量に比して大幅に低下させることができ、ランプ寿命を改善することができる。また、本発明の電極は、端板部の厚さが管部の管壁厚さより厚く形成されているので、給電用導電体の溶着が容易になり、電極への電気的、熱的接合が確実となり、放電状態、放熱状態が安定し、蛍光放電管の輝度、ランプ寿命の低下を防止することができ、また蛍光放電管の製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態にかかる蛍光放電管用電極を備えた蛍光放電管の要部断面図である。
【図2】本発明の実施例においてインパクト成形した蛍光放電管用電極の断面図である。
【図3】従来の蛍光放電管用電極を備えた蛍光放電管の要部断面図である。
【符号の説明】
1 ガラス管
2 電極
3 管部
4 端板部
5 導電体
6 導電体位置決め用凹部

Claims (5)

  1. Wを2.0〜10mass%含有し、残部実質的にNiからなる蛍光放電管用電極合金。
  2. Wを2.0〜6.0mass、NbおよびTaから選択される1種または2種の元素を合計量で0.5〜2.0mass%含有し、残部実質的にNiからなる蛍光放電管用電極合金。
  3. 一端が解放された管部と、前記管部の他端を閉塞する端板部とを備えた蛍光放電管用電極であって、
    前記管部と端板部とが請求項1または2に記載した電極合金によって一体的に成形され、前記端板部が管部の管壁厚さよりも厚く形成された蛍光放電管用電極。
  4. 前記端板部は、その外側に前記管部と同心状に配置された導電体位置決め用凹部が設けられた請求項3に記載された蛍光放電管用電極。
  5. 内壁面に蛍光膜が形成され、その内部に放電用ガスが封入されたガラス管と、そのガラス管の両端部にガラス管と同心状かつガラス管の内外に貫通状に封止された給電用導電体と、前記ガラス管の内部に配置され、前記給電用導電体の端部に接続された一対の電極を備えた蛍光放電管であって、
    前記電極として請求項3または4に記載された蛍光放電管用電極が用いられ、前記電極の端板部の外側に前記給電用導電体が同心状に溶着された、蛍光放電管。
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