JP2007234553A - 電極製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、冷陰極蛍光ランプに適用される電極としての材料費や加工費に対して耐用年数を考慮した場合に、トータルコストの面で優れたカップ形状の電極を作る電極製造方法を提供する。
【解決手段】電極製造方法は、冷陰極蛍光ランプの電極として用いられるカップ形状の電極を作る。この電極は、カップ形状の底部１２から円筒部１３まで一続きの材料で構成され、円筒部の外径寸法が一定で、円筒部の内径寸法が開口部１１寄りに設けられる大口径部１３１から底部寄りに設けられる小口径部１３２に変化している。電極製造方法は、切断工程と、第１の押出工程と、第２の押出工程とを有する。切断工程では、線材から一定の長さのビレットを切り取る。第１の押出工程では、ビレットに大口径部が成形された第１の中間品を作る。第２の押出工程では、第１の中間品に小口径部が成形された第２の中間品を作る。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷陰極蛍光ランプに用いられるカップ形状の電極を作る電極製造方法に関する。

冷陰極蛍光ランプに用いられる電極の１つに、カップ形状の電極がある。この電極は、開口部を互に向き合わせて配置され、ホローカソード効果を得ることができる。カップ形状の電極を作る方法は、いくつか知られている。展延性の大きいＮｉ（ニッケル）を用いる場合は、径の異なるダイスを複数段階に用意し、これらを用いて平板からカップ形状へ絞り出す成形方法がある。

冷陰極蛍光ランプの寿命を長くしたり、輝度を向上させたりするために、電極の材料にＮｂ（ニオブ）を用いる場合がある。Ｎｂは、展延性に乏しく、塑性加工を行うことが極めて困難である。特許文献１において、このＮｂをカップ形状の電極に加工する順送り絞り加工方法が記載されている。

この順送り絞り加工方法は、基本的にＮｉの順送り絞り加工方法と比べて、特に、各加工段階で用いられるパンチの外径を各加工段階におけるダイの内径に平板の板厚を加味したワークの予定内径よりもやや小さく設定している。また、カップ形状の底部を中心とする同心円状に二重にランスを平板材に設け、「絞り切れ」を防止している。

また、他の材料として、いずれも塑性加工が難しいＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）を用いてカップ形状の電極を造る方法が特許文献２に開示されている。特許文献２に示されたカップ形の電極は、底部と円筒部とが別々に造られる。カップ形の電極の底部は、ヘッダ加工によって導入線の端部に形成される。円筒部は、パイプ材を切断して作られ、底部に外嵌して底部と抵抗溶接される。
特開２００３−２２０４２３号公報 特開２００５−１５８５３９号公報

しかしながら、Ｎｉを用いてカップ形状の電極を作る場合、加工性に優れているが、平板材から順送り絞り加工でカップ形状の電極を作ると、端材ができてしまうため、材料の歩留まりが悪い。また、Ｎｉ製の電極の場合、スパッタリングによって底部およびその近傍の内表面が腐食されやすい。

特許文献１の方法の場合、Ｎｉ製のカップ形状の電極の場合と同様に、電極となる部分に対して端材が多くできてしまう。Ｎｉに比べて材料単価が高価なＮｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ等を電極の材料として選定すると材料コストが高くなってしまう。そのため、例え冷陰極蛍光ランプとしての耐用年数が延びても、トータルコストの面で割が合わないことが懸念される。

また、特許文献２の方法の場合、電極を作るために材料に端材がほとんど生じない。しかし、電極の底部と円筒部を分けて作ったことによって、これらを接合する工程が余分に生じる。接合工程は、底部のヘッダ加工の工程や円筒部の切り出しの工程と全く別の装置で行わなければならない。したがって、加工費が嵩み、冷陰極蛍光ランプとしてのトータルコストの面で、高価なものになってしまう。

そこで、本発明は、冷陰極蛍光ランプに適用される電極としての材料費や加工費に対して耐用年数を考慮した場合に、トータルコストの面で優れたカップ形状の電極を作る電極製造方法を提供する。

本発明に係る電極製造方法は、冷陰極蛍光ランプの電極として用いられ開口部を互に向き合わせてこの冷陰極蛍光ランプの両方の端部に一対に封入されるカップ形状の電極を作ることを前提とする。特に、この電極は、カップ形状の底部から円筒部まで一続きの材料で構成され、円筒部の外径寸法が一定で、円筒部の内径寸法が開口部寄りに設けられる大口径部から底部寄りに設けられる小口径部に変化している。そして、電極製造方法は、切断工程と、第１の押出工程と、第２の押出工程とを有する。切断工程では、線材から一定の長さのビレットを切り取る。第１の押出工程では、ビレットに大口径部が成形された第１の中間品を作る。第２の押出工程では、第１の中間品に小口径部が成形された第２の中間品を作る。

また、ビレットから延びた大口径部の端部が均等に揃うように第１の押出工程の前に、ビレットの外形寸法を整えた予備整形品を作る整形工程を実施することが好ましい。この場合、整形工程において電極の底部側となるビレットの端部の縁にテーパ部を設けることも好ましい。

また、電極の大口径部と小口径部との間をなだらかにつなぐ遷移部が設けられる場合、第１の押出工程後から第２の押出工程前までの間に遷移部を成形する遷移部成形工程を実施する。さらに、電極の開口部となる側の第２の中間品に縮径部を作る狭窄成形工程を実施することも好ましい。

本発明に係る電極製造方法によれば、電極を押出成形で作ることができるので、端材が生じることなく、材料の歩留が良い。また、電極は、切断工程から第２の押出工程まで複数段階の塑性加工によって作られる。この電極製造方法によれば、途中で大幅な段取換えを必要とせず、短時間で電極を作ることができるので、加工費も安く抑えることができる。

さらに、この電極製造方法によって作られる電極は、円筒部の外形寸法が一定で開口部寄りの内径寸法が大口径で底部側の内径寸法が小口径であるカップ形状の電極であり、底部およびその近傍の円筒部が分厚く作られている。したがって、冷陰極蛍光ランプの電極として使用される場合に、スパッタリングによる腐食を受けても耐用年数を長く設定することができる。

つまり、本発明に係る電極製造方法は、冷陰極蛍光ランプの電極としての材料費や加工費に対して耐用年数を考慮した場合に、トータルコストの面で優れたカップ形状の電極を作ることができる。

本発明に係る一実施形態の電極製造方法について、図１から図１９を参照して説明する。この電極製造方法は、図１に示す冷陰極蛍光ランプ１に用いられるカップ形状の電極１０を押出成形によって作る製造方法である。電極１０は、開口部１１を互に向き合わせて冷陰極蛍光ランプ１のガラス管２の両方の端部２ａに一対に封入される。冷陰極蛍光ランプ１は、両方の端部２ａが対称に作られているので、その一方を図１に示している。

まず、電極製造方法によって作られる電極１０について説明する。電極１０は、カップ形状の底部１２から円筒部１３まで一続きの材料で構成されている。円筒部１３の外形寸法は、底部１２から開口部１１まで一定である。円筒部１３の内径寸法は、大口径部１３１から小口径部１３２まで変化している。大口径部１３１は、開口部１１寄りの約半分にわたる円筒部１３の内側に設けられている。小口径部１３２は、底部１２寄りの約半分にわたる円筒部１３の内側に設けられている。大口径部１３１と小口径部１３２は、一定の勾配を有した遷移部１３３によってなだらかに連続している。

円筒部１３の中心軸線に沿う方向の底部１２の厚みは、円筒部１３の半径に沿う方向の小口径部１３２の厚みとほぼ同じ大きさである。電極１０は、開口部１１と反対側に膨出した凸部１２１を底部１２の中央部分に有し、図１に示すように、封着部材２０が抵抗溶接によって取り付けられている。また、電極１０は、円筒部１３の外径寸法が開口部１１に向かうにつれて徐々に大口径部１３１の内径寸法よりも窄まる縮径部１４を開口部１１に有している。

次に、電極製造方法について説明する。図１に示した電極１０のを作る電極製造方法は、切断工程Ｐ１と、整形工程Ｐ２と、第１の押出工程Ｐ３と、遷移部成形工程Ｐ４と、第２の押出工程Ｐ５と、狭窄成形工程Ｐ６とを有している。図２および図３に示す切断工程Ｐ１では、電極１０に適用される材料でできた線材Ｗから一定の長さのビレットＡを切り取る。線材Ｗとして、本実施形態では、純Ｎｉ（ニッケル）のワイヤを適用している。

線材Ｗは、図２に示すように内径寸法が線材Ｗの外形寸法に対してほぼ一致した孔３１ａが設けられたノズル３１に通されている。ノズル３１の出口面３１ｂは、線材Ｗの操出方向に対して垂直に設けられている。ビレットＡを切り出すカッタ３２は、図２および図３に示すようにノズル３１の出口面３１ｂに沿って移動するように設けられており、ノズル３１の孔３１ａと同じ内径寸法の剪断部３２ａを有している。

図４および図５に示す整形工程Ｐ２では、後に続く工程、特に第１の押出工程Ｐ３および第２の押出工程Ｐ５で仕上がり寸法の誤差を小さく抑えるために、ビレットＡの外形寸法が整えられる。整形工程Ｐ２で使用される整形用のダイス３４は、図４に示すようにビレットＡの外径よりもわずかに大きい内径の成型部３４ａを有している。成型部３４ａの奥側の内周隅には、円錐面３４ｂが設けられている。

ビレットＡは、図５に示すようにダイス３４に挿入されてパンチ３５で型押しされることによって、電極１０の底部１２側となる端部の縁にテーパ部Ｂ１が形成された予備整形品Ｂになる。予備整形品Ｂは、ノックアウトピン３６によって、ダイス３４の成型部３４ａから押し出される。

図６および図７に示す第１の押出工程Ｐ３では、予備整形品Ｂに大口径部１３１が整形された状態の第１の中間品Ｃが作られる。第１の押出工程Ｐ３で使用されるダイス３７は、図６に示すように予備整形品Ｂの外径寸法よりもわずかに大きい内径の成型部３７ａを有している。成型部３７ａに予備整形品Ｂを挿入した後方から、図６において左側から押し入れられるパンチ３８は、大口径部１３１の内径寸法と同じ外形寸法を有し、先端部が平坦である。

第１の押出工程Ｐ３は、いわゆる後方押出加工であり、予備整形品Ｂをダイス３７の成型部３７ａに装填し、ダイス３７に対してパンチ３８が押し込まれると、予備整形品Ｂは、図７に示すように、ダイス３７とパンチ３８の間に、パンチ３８が押し込まれる方向と逆の方向である後方へ流出する。ダイス３７は、ダイス３４と同様にパンチ３８が押し込まれる成型部３７ａの奥側にノックアウトピン３９を備えている。大口径部１３１が成形された第１の中間品Ｃは、ノックアウトピン３９によって成型部３７ａから排出される。

図８および図９に示す遷移部成形工程Ｐ４では、第１の中間品Ｃに遷移部１３３を成形する。遷移部成形工程Ｐ４で使用されるダイス４０は、図８に示すように第１の中間品Ｃの外径寸法よりもわずかに大きい内径の成型部４０ａを有している。この成型部４０ａに装填された第１の中間品Ｃの後方、図８における左側、から挿入されるパンチ４１は、大口径部１３１の内径寸法と同じ外径寸法を有し、先端部に遷移部１３３を成形するためのテーパ部４１ａが設けられている。

図９に示すように、第１の中間品Ｃが装填された状態でパンチ４１が押し込まれると、第１の中間品Ｃは、ダイス４０とパンチ４１との間の形状に沿って充填されるように塑性変形する。ダイス４０は、図８および図９に示すように、成型部４０ａの内径寸法とほぼ同じ外径寸法のノックアウトピン４２をパンチ４１と反対に備えている。遷移部１３３が形成された遷移部形成品Ｄは、ノックアウトピン４２によって、成型部４０ａから押し出される。

図１０および図１１に示す第２の押出工程Ｐ５では、遷移部１３３が形成された遷移部形成品Ｄに小口径部１３２を成形する。第２の押出工程Ｐ５で使用されるダイス４３は、図１０に示すように遷移部形成品Ｄの外径寸法よりもわずかに大きい内径寸法の成型部４３ａを有している。

成型部４３ａに装填された遷移部形成品Ｄの後方、図１０における左側、から挿入されるパンチ４４は、小口径部１３２の内径寸法と同じ外径寸法を有している。また、パンチ４４の先端には、凸部４４ａが設けられている。電極１０の底部１２から円筒部１３へつながる角部を形作る成型部４３ａの隅部は、丸められている。ダイス４３は、図１０および図１１に示すように、パンチ４４と反対側から装着され、成型部４３ａの内径寸法よりも外形寸法が小さいノックアウトピン４５を備えている。ノックアウトピン４５の端面の中央部には、凹部４５ａが形成されている。

第２の押出工程Ｐ５は、いわゆる後方押出加工である。図１０に示すように遷移部形成品Ｄを成型部４３ａに装填した状態で、図１１に示すようにパンチ４４をダイス４３に向かって押し込むと、ダイス４３およびノックアウトピン４５とパンチ４４との間に挟まれた遷移部形成品Ｄは、ダイス４３とパンチ４４との間に沿って流出し、小口径部１３２および底部１２が成形される。また、底部１２から円筒部１３へのつながり部分は、いわゆるＲ面取りを施したような形状に成形される。

このとき、パンチ４４の凸部４４ａとノックアウトピン４５の凹部４５ａによって型押しされることで、電極１０の底部１２には凸部１２１が成形される。小口径部１３２が成形された第２の中間品Ｅは、ノックアウトピン４５によって、成型部４３ａから押し出される。底部１２の厚みは、第２の押出工程Ｐ５において、小口径部１３２の厚みとほぼ同じ厚みに調整される。

図１２および図１３に示す狭窄成形工程Ｐ６では、電極１０の開口部１１となる大口径部１３１の開放側に縮径部１４を成形する。狭窄成形工程Ｐ６で使用されるダイス４６は、第２の押出工程Ｐ５で小口径部１３２が成形された第２の中間品Ｅをがたつき無く保持できる程度に、第２の中間品Ｅの外径寸法よりもわずかに大きい内径寸法の保持部４６ａを有している。

第２の中間品Ｅは、保持部４６ａに装填された状態で、大口径部１３１の一部がダイス４６から突出する。パンチ４７は、保持部４６ａと対向する位置に凹部４７ａを有している。凹部４７ａは、図１２に示すように奥に向かうにしたがって、円筒部１３の外径寸法よりも大きい内径寸法から大口径部１３１の内径寸法よりも小さい内径寸法まで、窄まっている。

図１２に示すように保持部４６ａに第２の中間品Ｅを装填した状態で、図１３に示すようにパンチ４７をダイス４６に向かって近づけると、開口部１１となる大口径部１３１の端部は、凹部４７ａの内面に沿って窄められる。ダイス４６は、底部１２に当接するノックアウトピン４８を備えている。狭窄成形工程Ｐ６によって縮径部１４が形成されて完成品となった電極１０は、ノックアウトピン４８によって、ダイス４６の保持部４６ａから押し出される。狭窄成形工程Ｐ６では、円筒部１３の外径寸法が大きくなることはないので、完成品の電極１０は、保持部４６ａから容易に排出することができる。

成形加工しようとする材料を金型に装填するためには、わずかなクリアランスが必要である。したがって、１つ前の工程で適用された金型に対して次の工程で使用される金型の内径寸法は、徐々に大きくなる。つまり、以上のように施行される電極製造方法では、ビレットＡ、予備整形品Ｂ、第１の中間品Ｃ、遷移部形成品Ｄ、第２の中間品Ｅ、完成品Ｆと成形加工が進むにしたがって各々の外径寸法は、後工程のものほど外径寸法は大きくなる。

なお、本実施形態において、切断工程Ｐ１で切り出されたビレットＡの外形寸法が、第１の押出工程Ｐ３に適用できる程度に精度良く仕上がっていれば、整形工程Ｐ２を省略することも可能である。また、遷移部成形工程Ｐ４で形成される遷移部１３３は、本実施形態のように傾斜角度が一定な円錐面である代わりに、電極１０の仕様に応じて断面が円弧状のトロイダル面であっても良い。

また、遷移部１３３を設けなくても良い。この場合は、遷移部成形工程Ｐ４を省略することができる。さらに、第２の押出工程Ｐ５の前または後に、開口部１１の端部の形状や円筒部１３の長さを整えるトリミング工程を実施しても良い。また、電極１０の仕様において縮径部１４が不要である場合、狭窄成形工程Ｐ６は、当然省略される。

以上の電極製造方法によって押出成形された図１４に示す電極１０は、絞り加工された図１７に示すカップ形状の電極１００と比較した場合、内周表面に特徴的な加工痕を有している。したがって、内周表面を拡大して見ることで、いずれの方法によって電極が作られたか判別することが容易である。

押出成形された電極１０の内周表面を１５０倍に拡大した顕微鏡写真を図１５に、５００倍に拡大した顕微鏡写真を図１６に示す。また、図１７に示すカップ形状に絞り加工された電極１００の内周表面を１５０倍に拡大した顕微鏡写真を図１８に、５００倍に拡大した顕微鏡写真を図１９に示す。図１５，１６，１８，１９に示す各顕微鏡写真中のスケールバーは、その隣に示す数値に対応している。

それぞれの顕微鏡写真を比較して分かるように、本実施形態の電極製造方法で作られた図１５、図１６に示す電極１０の内周表面には、各工程において挿入されたパンチに対して円筒部の中心軸線に沿う方向に擦れた加工痕が全体的に見られる。これに対して絞り加工では、材料が引っ張られて成形されるため、電極１００の内周表面の粒界が開いていることが図１８および図１９の顕微鏡写真から分かる。

本発明に係る一実施形態の電極製造方法によって作られた電極が封入された冷陰極蛍光ランプの端部の断面図。 図１に示した電極を作る電極製造方法の切断工程において線材がダイスに装填された状態を模式的に示す断面図。 図２に示した切断工程においてビレットを切り取った状態を模式的に示す断面図。 図３に示した切断工程に引き続き実施される整形工程においてビレットがダイスに装填された状態を模式的に示す断面図。 図４に示した整形工程においてビレットが型押しされた状態を模式的に示す断面図。 図５に示した整形工程に引き続き実施される第１の押出工程において予備整形部材をダイスに装填した状態を模式的に示す断面図。 図６に示した第１の押出工程において予備整形部材から大口径部が一体に成形された状態を模式的に示す断面図。 図７に示した第１の押出工程に引き続いて実施される遷移部成形工程において第１の中間品がダイスに装填された状態を模式的に示す断面図。 図８に示した遷移部成形工程において遷移部が型押しされた状態を模式的に示す断面図。 図９に示した遷移部成形工程に引き続いて実施される第２の押出工程において遷移部形成品がダイスに装填された状態を模式的に示す断面図。 図１０に示した第２の押出工程において小口径部が成形された状態を模式的に示す断面図。 図１１に示した第２の押出工程に引き続いて実施される狭窄成形工程において第２の中間品がダイスに装填された状態を模式的に示す断面図。 図１２に示した狭窄成形工程において縮径部が形成された状態を模式的に示す断面図。 図１に示した電極の断面図。 図１４中のＭで囲う範囲の電極の内周表面を拡大した顕微鏡写真。 図１５の一部をさらに拡大した顕微鏡写真。 絞り加工によって成形された一般的なカップ形状の電極の断面図。 図１７中のＮで囲う範囲の電極の内周表面を拡大した顕微鏡写真。 図１８の一部をさらに拡大した顕微鏡写真。

符号の説明

１…冷陰極蛍光ランプ、１０…電極、１１…開口部、１２…底部、１３…円筒部、１４…縮径部、１３１…大口径部、１３２…小口径部、１３３…遷移部、Ａ…ビレット、Ｂ…予備整形品、Ｂ１…テーパ部、Ｃ…第１の中間品、Ｅ…第２の中間品、Ｗ…線材、Ｐ１…切断工程、Ｐ２…整形工程、Ｐ３…第１の押出工程、Ｐ４…遷移部成形工程、Ｐ５…第２の押出工程、Ｐ６…狭窄成形工程。

Claims (5)

1. 冷陰極蛍光ランプの電極として用いられ開口部を互に向き合わせて前記冷陰極蛍光ランプの両方の端部に一対に封入されるカップ形状の電極のうち、底部から円筒部まで一続きの材料で構成され前記円筒部の外径寸法が一定で前記円筒部の内径寸法が前記開口部寄りに設けられる大口径部から前記底部寄りに設けられる小口径部に変化している電極を作る電極製造方法において、
   線材から一定の長さのビレットを切り取る切断工程と、
   前記ビレットに前記大口径部が成形された第１の中間品を作る第１の押出工程と、
   前記第１の中間品に前記小口径部が成形された第２の中間品を作る第２の押出工程と
   を有することを特徴とする電極製造方法。
2. 前記第１の押出工程の前に、前記ビレットの外形寸法を整えた予備整形品を作る整形工程を実施することを特徴とする請求項１に記載の電極製造方法。
3. 前記整形工程で前記電極の底部側となる前記ビレットの端部の縁にテーパ部を設けることを特徴とする請求項２に記載の電極製造方法。
4. 前記電極の前記大口径部と前記小口径部との間をなだらかにつなぐ遷移部が設けられる場合、前記第１の押出工程後から前記第２の押出工程前までの間に前記遷移部を成形する遷移部成形工程を実施することを特徴とする請求項１に記載の電極製造方法。
5. 前記第２の中間品における前記電極の前記開口部となる部分に縮径部を作る狭窄成形工程を実施することを特徴とする請求項１に記載の電極製造方法。

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