JP2007042507A - ランプ用電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
カップ電極の底部側の外端面と封着材の一端面との間に設けられる低融点金属層の構造を最適化することで、溶接部の強度低下を抑制したランプ電極の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
高融点金属製の有底筒状カップ電極１の底部側１aの外端面１bと棒状の封着材２の一端面２aとの間に設けられた略円板状の低融点金属層３aを溶融させて、前記カップ電極１と前記封着材２とを溶接する。カップ電極１の底部１a側の外端面１bと前記封着材２の一端面２aとの間に設けられた低融点金属層３aが略円板状に形成されているので、カップ電極１と封着材２を溶接するときに、低融点金属層３a全体に熱が伝わって均一に溶融し、金属層３aが溶け残りにくくなるとともに、過度に温度上昇させて溶け残りをなくす必要がないので、電極１または封着材２の再結晶化が起こりにくくなり、溶接部の強度低下を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷陰極放電ランプなどの管球製品に使用される放電ランプ用電極の製造方法に関する。

近年、液晶表示装置（以下、「ＬＣＤ」と略称する。）を用いた小形のパソコンやテレビなどは薄形化や高輝度化がすすめられている。このＬＣＤ用のバックライト装置に使用される蛍光ランプには、小形化が容易であって寿命特性にも優れた冷陰極蛍光ランプが多用されている。

冷陰極蛍光ランプは電極が冷陰極であるためバルブ径を小さくすることが可能であり、バルブ内径が１２ｍｍ以下、たとえば、５ｍｍ以下の極めて細径のランプも開発されている。通常、冷陰極ランプの電極はスパッタリングにより消耗していくので、ある程度の大きさが必要であるが耐スパッタ性があるモリブデンなどを電極として使用すると、電極を小さく設計できる。また、モリブデンやタングステンのような仕事関数が小さい金属で電極を形成すると、発光に要する消費電力が少なくなる。こういった理由から耐スパッタ性があり、仕事関数が小さい、モリブデン、タングステンなどの高融点金属を用いた高効率、長寿命な電極の需要が高まっている。

冷陰極ランプのランプ電極は、電極とその其端側に溶接された封着材とからなる。ランプ電極は、バルブ端部からバルブ内に挿入して封着材をバルブ端部に封着することで封装される。ところで、近年、冷陰極ランプの小型化、高出力化が進んでおり、これに伴ってランプ点灯時の電極温度が高くなり、封着部の温度も上昇しつつある。そこで、従来コバール等で形成されていた封着材に熱伝導率が良いモリブデンを用いることで封着部の温度上昇に伴って発生するクラック等の不具合を防止している。しかし、ランプ電極は電極と封着材とを抵抗溶接して形成されるので、電極と封着材の両方に高融点金属であるモリブデンを用いると両者の抵抗溶接が困難になる。そこで、高融点金属製の電極と封着材とを溶接する場合には、電極の底部側の外端面と封着材の一端面との間に電極および封着材に用いられる金属よりも融点が低い金属の層を設けて溶接を行う方法が知られている（たとえば特許文献１参照）。
特開２００２−３５８９２２号公報

上述した従来技術のランプ電極は、封着材の一端面に低融点金属層を設け、この低融点金属層を溶融させて電極と封着材とを溶接して形成されるので、抵抗溶接によって溶接することができる。しかし、従来技術のように封着材の一端面に低融点金属層を形成すると、封着材の一端面側の側面にも一端面から連続して円周状に低融点金属層が形成されることになる。この封着材の側面に設けられた低融点金属層は、抵抗溶接時に発生する熱源から離れているので熱が伝わり難く、溶融せずにとけ残る部分が多くなり、グレージング材として十分に機能していない可能性があった。グレージング材は、溶融して溶接部の内部に拡散することで接続強度を高めているので、溶融せずにとけ残った部分はグレージング材としてなんら機能することが無く、溶接の面積が小さくなるので溶接部全体として接続強度が低下することになる。そこで、上記従来技術とは異なるランプ用電極の製造方法として、グレージング材を全体的に溶融させることができる四角形状の低融点金属層を電極と封着材との間に設けて抵抗溶接が検討されている。しかし、四角形状のグレージング材を用いた抵抗溶接において、溶接電力が適正値よりも小さいと、金属層全体に熱が十分伝わらずに金属層が溶け残って、溶接の面積が小さくなり、十分な接続強度を確保することができない。溶接電力が適正値よりも大きいと電極および封着材が過度に温度上昇してその一部が再結晶化するので、溶接部の強度が著しく低下する。つまり、抵抗溶接した溶接部の強度を高めるためには、低融点金属層全体が溶融可能な程度に熱を伝えるとともに、電極と封着材とが過度に温度上昇しないように溶接することが必要となる。このため四角形状の低融点金属層を用いた抵抗溶接は、溶接電力を精度よく管理して溶接を行う必要があり、製造工程が煩雑だった。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、カップ電極の底部側の外端面と封着材の一端面との間に設けられる低融点金属層の構造を最適化することで、溶接部の強度低下を抑制したランプ電極の製造方法を提供することを目的とする。

本発明によるランプ用電極の製造方法は、高融点金属製の有底筒状カップ電極の底部側の外端面と棒状の封着材の一端面との間に設けられた略円板状の低融点金属層を溶融させて、前記カップ電極と前記封着材とを溶接することを特徴とする。

電極は、板状の金属からプレス成形して有底筒状に形成されたものでも、焼結によって形成されたものであってもよい。

「略円板状」とは、完全な円形でなくてもよく、四角形状のように中心部から熱が伝わりにくいことで溶け残りが発生しやすい隅角部を備えない形状であって熱が平板形状に形成された金属層全体に伝わり均一に溶融することで、本発明の作用効果を奏する形状であればよい。すなわち本発明の効果を奏するのであれば例えば楕円形、五角形以上の多角形等も本発明の略円板状の定義に含まれる。

モリブデン、タングステンは、それぞれ融点が２６２３℃、３３８７℃と金属元素の中でも特に融点が高く、抵抗溶接が困難である。このような比較的融点が高く抵抗溶接が困難な金属を高融点金属と定義する。また、電極の底部側の外端面と棒状の封着材の一端面との間に設けられる金属層は、電極と封着材との抵抗溶接を容易にするためのものであるので、電極および封着材に用いられる金属よりも融点が低くなければならない。そこで、モリブデン、タングステンなどの高融点金属よりも低い融点をもち、グレージング材として用いられる金属または合金によって形成された層を低融点金属層と定義する。このような機能を備えたものであれば低融点金属層の材質は特に限定されないが、コバルトやコバルト−鉄、コバルト−ニッケル、コバルト−鉄−ニッケル（コバール）等の合金が成形性や溶融温度の観点から好ましい。

封着材は、モリブデンやタングステンなどの高融点金属で形成されており、ランプ電極が円筒状のガラス管の両端に封着されるときに直接またはビードガラス等によって間接的に封着される部分を備えた部材をいう。

請求項１記載のランプ用電極の製造方法によれば、カップ電極の底部側の外端面と前記封着材の一端面との間に設けられた低融点金属層が略円板状に形成されているので、カップ電極と封着材を溶接するときに、低融点金属層全体に熱が伝わって均一に溶融し、金属層が溶け残りにくくなるとともに、過度に温度上昇させて溶け残りをなくす必要がないので、電極または封着材の再結晶化が起こりにくくなり、溶接部の強度低下を抑制することができる。

請求項２記載のランプ用電極の製造方法によれば、低融点金属層の直径が封着材の直径よりも大きいので、溶融した金属層がカップ電極の底部側の外端面と封着材の側面に十分な面積をもって付着することになり、溶接部の強度が向上する。

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。

図１は、本発明のランプ用電極の製造方法によって製造されるランプ電極の構成を示す溶接前の断面図である。図２は、溶接後のランプ電極の断面図である。図３は、溶接後の封着材側から、電極底部側の外端面を見た側面図である。

１はモリブデンからなる有底筒状のカップ電極１であり、底部１aを有している。２はモリブデンからなる細長円柱状の封着材２であり、電極１側の端面２aを有している。封着材２の直径は電極１の内径よりも小さく形成されている。底部１aの外端面１bと封着材２の一端面２aの間には直径が封着材２の直径よりも大きく、電極１の外径よりも小さい略円板状のコバール箔からなる低融点金属層３が設けられている。封着材２の他端２bにはアウターワイヤ４の端部が溶接などの方法により接続されている。

次に、本実施形態の製造方法について説明する。まず、略円板状の金属層３aを電極１の外端面１bまたは封着材２の一端面２aにそれぞれの径中心が一致する位置で一時的に固着させる。固着方法は、抵抗溶接法、半田などの金属ロウ材による接着等の種々の方法で固定することができる。次に、封着材２に取付けられた金属層３を電極１の底部１aの外端面１bに接触させて抵抗溶接で溶接する。このときの電極１および封着材２の中心軸は互いに同一線上に並んでいる。溶接時には金属層３aが溶融し、金属層３aの成分の一部が電極１の外端面１bおよび封着材２の一端面２aからそれぞれの内部に拡散していくので、両者が強固に溶接される。このとき、溶融した金属層３bは図２に示すように電極１の底部１aの外端面１bに略円板状に広がっているとともに、封着材２の一端面２a側の側面２cに付着していて、外観は滑らかな凹状曲面になっている。電極１と封着材２との抵抗溶接において発生する熱は、抵抗のジュール熱によって発生し、封着材の一端面の中心部から高温領域が波紋状に外側へ広がっていく。したがって、金属層３aが四角形状の場合に四隅の角部分を確実に溶融させるために熱を加えようとすると電極１または封着材２が過度に温度上昇して再結晶化しやすくなる。しかし、本実施形態の製造方法では金属層３aを略円板状としたので、抵抗溶接時の熱が全体的に均一に伝わって溶融し、溶け残りが発生しにくくなる。また、電極１または封着材２を不所望に加熱する必要がなくなるので、これらが過度に温度上昇することがなくなり、電極１または封着材２の再結晶化が起こりにくくなり、溶接部の引張強度低下を抑制することができる。

ところで、金属層３aを溶接して形成した溶接部の引張強度は、溶融した金属層３bが電極１の底部１aの外端面１bに付着する面積と、封着材２の側面２cに付着する面積に依存する。この面積は、溶融前の金属層３aの直径および箔厚によって変化するので、金属層３aの寸法を最適化することで溶接部の引張強度を向上させることができる。

次に本実施形態の製造方法によって製造されたランプ電極の強度試験を行った結果を説明する。試験は、略円板状に形成した溶接前の低融点金属層３aの直径および箔厚を変化させた２種類のサンプルを４〜５個ずつ用意し、抵抗溶接で溶接した後、引張強度について測定した。また、比較例として金属層の形状を四角形状にした以外はサンプルと同一構成のランプ電極を用意して引張強度の実験を行った。表１にその結果を示す。ここで、比較例は四角形の一辺の長さを示すものであり、その長さをカッコ内に示している。

今回の実験で使用した封着材の直径は１．０ｍｍ、電極底部の１aの直径は２．４ｍｍである。サンプル１の金属層３aの直径はφ１．５ｍｍ、箔厚０．１５ｍｍであり、最大溶接部強度３６．３ｋｇｆ（平均）であった。サンプル２の金属層３aの直径はφ１．０ｍｍ、箔厚０．３５ｍｍで溶接部強度２１．５ｋｇｆ（平均）であった。また、比較例の金属層はサンプル２のそれと同質量となるように寸法が１．６×１．６ｍｍの四角形状であり、箔厚が０．１ｍｍのものを用いて実験を行った。その結果、比較例の最大溶接部強度は１７．１ｋｇｆ(平均)であった。以上の実験から低融点金属層３aを略円板状に形成し、寸法を最適化することで溶接部強度が向上することがわかった。

図１は、本発明の実施形態のランプ電極の構成を示す断面図である。 図２は、溶接後の断面図である。 図３は、溶接後の封着材側から、電極底部側の外端面を見た側面図である。

符号の説明

１ 電極
１a 底部
１b 外端面
２ 封着材
２c 一端面
３a、３b 低融点金属層

Claims (2)

1. 高融点金属製の有底筒状カップ電極の底部側の外端面と棒状の封着材の一端面との間に設けられた略円板状の低融点金属層を溶融させて、前記カップ電極と前記封着材とを溶接することを特徴とするランプ用電極の製造方法。
2. 前記低融点金属層の直径は、封着材の直径以上であることを特徴とする請求項１記載のランプ用電極の製造方法。

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