JP2007031832A

JP2007031832A - 冷陰極放電管電極用合金

Info

Publication number: JP2007031832A
Application number: JP2006171431A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yamamoto; 晋司山本; Hideo Murata; 英夫村田; Shinichiro Yokoyama; 紳一郎横山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2005-06-22
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2026-06-21
Also published as: JP4831481B2

Abstract

【課題】純Ｎｉでなる電極よりも耐スパッタに優れた電極材料として、質量％でＮｂを６％〜３２％未満含有し、残部が実質的にＮｉで成るＮｉ−Ｎｂ合金を電極として用いる提案がなされているが、上述した従来の電極用Ｎｉ−Ｎｂ合金では脆性の金属間化合物（Ｎｉ_３Ｎｂ）が生成し、素材をカップ形状の電極に成形する過程での冷間での塑性加工性に悪影響を及ぼすという問題がある。そのため、従来の電極用Ｎｉ−Ｎｂ合金の塑性加工性の問題を解決し、さらに従来の電極用Ｎｉ−Ｎｂ合金と同等以上の耐スパッタ性が得られる電極用合金を提供する。
【解決手段】質量％でＮｂ：１．０％以上〜６．０％未満、Ｍｏ：３．０〜１５．０％、残部は実質的にＮｉ及び不可避的不純物からなる冷陰極放電管電極用合金。
【選択図】なし

Description

本発明は、例えば液晶表示装置のバックライト用光源等として使用される冷陰極放電管の電極用合金に関するものである。

従来、テレビやパソコンに用いられる液晶表示装置（ＬＣＤ）には、照明用のバックライトが組み込まれており、このバックライトの光源には、冷陰極放電管が使用されている。冷陰極放電管は、一般に希ガス及び水銀蒸気が充填されたガラス管の内部に、一対の電極が対向して配置され、かつガラス管の内壁に蛍光膜を被覆した構造を有している。一対の電極にはリードの一端が接続され、リードの他端はガラス管の両端から外部に導出される。リードを介して一対の電極間に電圧を印加すると、一方の電極から電子が放出され、ガラス管内の水銀原子に電子が衝突して紫外線を発生する。この紫外線は、ガラス管の内壁に被覆した蛍光膜によって可視光線に変換され、照明としての役割を果たす。

上記の冷陰極放電管の電極（以下、電極と記す。）には、薄板形状の素材を深絞り加工等の冷間での塑性加工によってカップ形状に成形した部品を用いる場合が多いことから、従来、軟らかくて塑性加工性に優れた純Ｎｉの薄板が使用されている。しかしながら、純Ｎｉで構成される電極は、長時間使用するうちにスパッタによって消耗し、寿命に到るという問題がある。この電極の寿命は、電極を構成する材料の耐スパッタ性（スパッタによる消耗のし難さ）に依存することから、電極用材料の耐スパッタ性を改善する提案がなされている。
例えば、特開２００５−９３１１９号公報（特許文献１）には、質量％でＮｂを６％〜３２％未満含有し、残部が実質的にＮｉで成るＮｉ−Ｎｂ合金を電極として用いる提案がなされている。この提案は、Ｎｉよりスパッタによる消耗が起こり難いＮｂをＮｉと合金化させることにより、純Ｎｉで成る電極よりも耐スパッタ性に優れた電極を提供できるという点で優れたものである。
特開２００５−９３１１９号公報

本発明者らの検討によると、上述した特許文献１に開示される電極用Ｎｉ−Ｎｂ合金は、耐スパッタ性に加えて、耐食性も純Ｎｉより優れるという利点を有している。数年以上もの長期間に渡って使用される冷陰極放電管の電極においては、耐食性も重要な特性の一つである。それ故、Ｎｂは、Ｎｉと合金化させる元素として適している。
しかしながら、特許文献１に開示される電極用Ｎｉ−Ｎｂ合金では、Ｎｂ含有量が質量％で６％以上と多く、この範囲は脆性の金属間化合物（Ｎｉ_３Ｎｂ）が生成し、素材をカップ形状の電極に成形する過程での冷間での塑性加工性に悪影響を及ぼすという問題がある領域である。従って、特許文献１に開示される電極用Ｎｉ−Ｎｂ合金では耐スパッタ性には優れているものの、素材をカップ形状に成形する過程での塑性加工性が悪く、電極自体の作製が困難となるという欠点がある。
本発明の目的は、上述した従来の電極用Ｎｉ−Ｎｂ合金における塑性加工性の問題を解決し、さらに従来の電極用Ｎｉ−Ｎｂ合金と同等以上の耐スパッタ性が得られる電極用合金を提供することである。

本発明者らは、まず、Ｎｉ−Ｎｂ合金における塑性加工性の問題を検討した結果、脆性の金属間化合物であるＮｉ_３Ｎｂが生成しない範囲の低Ｎｂ含有量（６．０％未満）とすることによって、塑性加工性を改善できることを見出した。
しかしながら、この低Ｎｂ含有量のＮｉ−Ｎｂ合金では、Ｎｂを６．０％以上含有する従来合金ほどの耐スパッタ性が得られない。そこで、高濃度域まで含有しても脆性の金属間化合物を生成することなく、かつ耐スパッタ性を高める効果のある第三元素としてＭｏを選択し、このＭｏ含有量の適切な範囲を見出すことにより、本発明に到達した。
すなわち本発明は、質量％でＮｂ：１．０％以上〜６．０％未満、Ｍｏ：３．０〜１５．０％、残部は実質的にＮｉ及び不可避的不純物からなる冷陰極放電管電極用合金である。好ましいＮｂとＭｏの含有量は、Ｎｂ：２．０〜５．５％、Ｍｏ：４．０〜１２．０％である。

本発明の電極用合金は、耐スパッタ性に優れた従来のＮｉ−Ｎｂ合金と同等以上の耐スパッタ性を有することに加え、従来のＮｉ−Ｎｂ合金より優れた塑性加工性を有している。それ故、本発明の電極用合金は、長寿命が得られるという効果に加え、カップ形状の電極への成形が容易であるという効果を奏するものである。

上述したように、本発明の重要な特徴は、純Ｎｉの耐スパッタ性を向上させる目的でＮｉと合金化させるＮｂの含有量を、脆性の金属間化合物（Ｎｉ_３Ｎｂ）が生成しない範囲の低Ｎｂ含有量としたうえで、高濃度（含有量）域までＮｉとの金属間化合物を生成することなく、かつ耐スパッタ性を高める効果のある第三元素としてＭｏを選択し、このＭｏ含有量の適切な範囲を見出したことにある。
以下に本発明の電極用合金における化学成分の規定理由を述べる。なお、特に記載のない限り質量％として記す。
Ｎｂ：１．０％以上６．０％未満
Ｎｂは、Ｎｉと合金化することによって耐スパッタ性を向上させ、かつ耐食性をも高める効果を持つ本発明の必須元素である。但し、１．０％未満ではいずれの効果も小さく、逆に６．０％以上の範囲では脆性の金属間化合物（Ｎｉ_３Ｎｂ）の生成により塑性加工性が劣化するので上述の範囲に規定した。より望ましい上限は５．５％であり、更に望ましくは５．０％である。望ましい下限は２．０％であり、更に望ましくは３．０％である。

Ｍｏ：３．０〜１５．０％
Ｍｏは、Ｎｂと同様にＮｉと合金化することによって電極用合金の耐スパッタ性を向上させる効果のある本発明の必須元素である。それ故、Ｎｂ量を１．０％以上６．０％未満とし、かつ適量のＭｏを含んだＮｉ−Ｎｂ−Ｍｏ合金では、塑性加工性を劣化させることなく、Ｎｂを６．０％以上含む従来のＮｉ−Ｎｂ合金と同等の耐スパッタ性を得ることができる。
また、ＮｉへのＭｏの固溶限は広く、理論的には２５．０％の高濃度（含有量）域まで脆性の金属間化合物（Ｎｉ_４Ｍｏ）を生成しないので、この２５．０％以下の含有量では金属間化合物の生成による塑性加工性の著しい劣化の懸念がない。しかしながら、Ｍｏ量が１５．０％を超えると、加工硬化による強度の上昇により塑性加工性が劣化するので、Ｍｏ量の上限値を１５．０％とした。また、Ｍｏ量の下限値を３．０％としたのは、３．０％未満では耐スパッタ性を向上させる効果が小さいからである。Ｍｏのより望ましい上限は１２．０％であり、さらに望ましくは１１．５％、更に望ましくは１０．０％である。Ｍｏのより望ましい下限は４．０％であり、更に好ましくは５．０％であると良い。

残部はＮｉ及び不可避的不純物
本発明の冷陰極放電管電極用合金において、Ｎｉは優れた加工性を確保するために必要な必須元素であるとともに上述したＮｂ、Ｍｏ以外の残部を占めるベースとなる元素である。それ故、残部はできるだけ不可避的不純物含有量が少ないことが望まれるが、電極用合金の耐スパッタ性と塑性加工性に悪影響を与えない範囲として、それぞれ、以下に示す範囲であれば、不可避的に含有しても差し支えない。
Ｃ≦０．１０％、Ｓｉ≦０．５０％、Ｍｎ≦０．５０％、Ｐ≦０．０５％、Ｓ≦０．０５％
本発明の電極用合金では、上記の構成により、耐スパッタ性に優れた従来のＮｉ−Ｎｂ合金と同等以上の耐スパッタ性を確保しつつ、従来のＮｉ−Ｎｂ合金の問題であった塑性加工性を改善することができるので、優れた耐スパッタ性により長寿命が得られるという効果に加え、カップ形状の電極への塑性加工が容易であるという効果をも有し、冷陰極放電管の電極用合金として好適である。

真空溶解炉により、表１に示す化学成分を有する９種類の電極用合金を各１０ｋｇずつ作製した。表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．６は本発明の電極用合金である。一方、Ｎｏ．７〜Ｎｏ．９は比較例である。Ｎｏ．９は特許文献１に開示される電極用合金に相当する。

各合金を１１００℃に加熱して熱間鍛造と熱間圧延を行い、厚さ５ｍｍの板材を得た。更に、熱間圧延材の残部を再度１１００℃に加熱して熱間圧延を行い、厚さ２．５ｍｍの板材を得た。熱間圧延中に生じた酸化スケールを酸洗により除去した後、８００℃に保持した真空炉内で１時間の焼鈍を行って軟化させた。これらの板材に冷間圧延と８００℃での焼鈍を繰り返し、厚さ０．２ｍｍの薄板材を得た。最終工程では圧下率８０％の冷間圧延後、８００℃に保持した真空炉内で３０分間の焼鈍を行った後、Ｎ_２ガスで急冷した。
これらの焼鈍した薄板のビッカース硬さを測定した後、冷間での深絞り加工テストを行った。（冷間での深絞り加工テストは、１０個の試験片にて行い、１つでも割れや亀裂が発生したものには「否」として示す。）Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９のビッカース硬さと深絞り加工テストの結果を表２に示す。

表２から、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６では深絞り加工テストによりカップ形状に成形することができたが、Ｎｂ、Ｍｏが本発明の範囲より高めとなったＮｏ．７、Ｎｏ．８では深絞り加工テストで亀裂が生じた。また、Ｎｏ．９では硬さは低いものの、脆性の金属間化合物（Ｎｉ_３Ｎｂ）の生成により、深絞り加工テストにて亀裂を生じた試験片が確認された。

深絞り加工が可能であったＮｏ．３、Ｎｏ．４の合金に対して耐スパッタ性評価を行った。比較材料としてＮｏ．９を使用した。
Ｎｏ．３、Ｎｏ．４、Ｎｏ．９の熱間圧延後の５ｍｍ厚さの板材より、耐スパッタ性評価用の試料として直径７５ｍｍ、厚さ３ｍｍのスパッタリング用ターゲットを作製した。これらのターゲットをマグネトロンスパッタ装置の真空チャンバー内に設置し、Ａｒ圧力０．８Ｐａ、投入電力３００Ｗの条件で１２時間、連続スパッタした後、チャンバー内からターゲットを取り出し、スパッタによるターゲットの消耗量（重量変化）を測定した。
Ｎｏ．３、Ｎｏ．４、Ｎｏ．９のスパッタ率（スパッタ率の値が小さい程、スパッタによる消耗が少なく、耐スパッタ性が優れていることを意味する。）の結果を表３に示す。

Ｎｏ．９の消耗量を基準（１００％）とした時のＮｏ．３とＮｏ．４の消耗量は９９％であり、本発明のＮｏ．３とＮｏ．４では比較例（従来例）のＮｏ．９とほぼ同等の耐スパッタ性が得られていることが分かる。
以上の実施例から、本発明のＮｏ．３とＮｏ．４は、耐スパッタ性に優れた比較例（従来例）のＮｏ．９とほぼ同等の耐スパッタ性を確保しつつ、Ｎｏ．９よりカップ形状への成形（塑性加工）が容易であることが分かり、冷陰極放電管の電極用合金として適していることが示された。
なお、本発明のＮｏ．４と純Ｎｉについて、電子が電極から放出される際の仕事関数（値が小さい程、電子放出が起こり易いことを意味する。）を、大気中光電子分光法を用いて測定したところ、それぞれ４．０８ｅＶ（Ｎｏ．４）、４．１７ｅＶ（純Ｎｉ）であり、純Ｎｉより優れていた。それ故、本発明のＮｏ．４で成る電極は、これまで主に使用されてきた純Ｎｉ製の電極と比較して、電子放出特性の観点からも実用に供し得ることが確認された。

本発明の電極用合金は、耐スパッタ性と塑性加工性に優れているため、カップ形状への塑性加工が不可欠で、かつ数年以上の長期間に渡って使用される冷陰極放電管の電極用合金として適用できる。例えば、液晶表示装置のバックライト用光源として使用される冷陰極放電管の電極用合金に好適である。

Claims

質量％でＮｂ：１．０％以上〜６．０％未満、Ｍｏ：３．０〜１５．０％、残部はＮｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とする冷陰極放電管電極用合金。
質量％でＮｂ：２．０〜５．５％、Ｍｏ：４．０〜１２．０％であることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極放電管電極用合金。