JP2008130396A - 冷陰極蛍光ランプ用電極部材 - Google Patents

Abstract

【課題】リード部とガラスとの密着性に優れる冷陰極蛍光ランプ用電極部材、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】電極部材10は、電極部11と、リード部12と、ガラス部13とを具える。リード部12は、少なくとも表面側が鉄含有金属から構成され、このリード部12の表面のうち、ガラス部13に覆われる箇所に酸化膜12sを有する。酸化膜12sは、FeOを含有する。FeOを含有する酸化膜12sは、Fe₂O₃及びFe₃O₄からなる酸化膜と比較して、ガラスとの密着性が高くなり易い。そのため、電極部材10は、リード部12とガラス部13とが十分に密着して、リード部12から冷陰極蛍光ランプのガラス管までの間の構成部材同士を十分に密着させることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、冷陰極蛍光ランプの構成部材に利用される電極部材、及びこの電極部材の製造方法に関するものである。特に、リード部とガラスとの密着性に優れる電極部材に関するものである。

冷陰極蛍光ランプは、複写機やイメージスキャナなどの原稿照射用光源、パソコンの液晶モニタや液晶テレビなどの液晶表示装置(液晶ディスプレイ)のバックライト用光源といった種々の光源に利用されている。代表的には、内壁面に蛍光体層を有する円筒状のガラス管と、ガラス管の両端に配置される一対の電極とを具え、ガラス管内に希ガス及び水銀が封入される(例えば、特許文献1参照)。

電極は、カップ状(有底筒状)が代表的であり、底端面にリード線が接合され、リード線を介して電圧が印加される。リード線は、例えば、ガラス管内に固定されるインナーリード線と、インナーリード線に接合され、ガラス管外に配置されるアウターリード線とを具える。インナーリード線の代表的な構成材料には、ガラスの熱膨張係数に近いコバール(Fe,Co,Niの合金)が挙げられる。長寿命で高品質であることが要求される蛍光ランプでは、インナーリード線とガラス管とが密着し易いように、インナーリード線の外周にガラスビーズを固定し、ガラスビーズとガラス管とを溶融することが行われている。これら電極、リード線、ガラスビーズは、予め一体に接合しておき、この一体化物をガラス管に固定する。

従来、インナーリード線とガラスビーズとの密着性を高めるために、ガラスビーズをインナーリード線に接合する前に、インナーリード線の外周に酸化膜を形成することが行われている(特許文献1参照)。

特開平11-238489号公報

しかし、従来の冷陰極蛍光ランプは、リード線に酸化膜を形成していても、リード線とガラスとの密着が不十分である。
特許文献1には、リード線に酸化膜を形成することで、リード線とガラスビーズとの濡れ性を高め、ガラス管の気密性を高められることが記載されている。しかし、従来の酸化膜は、ガラスビーズとの密着が十分とは言えず、接合強度の更なる向上が望まれる。リード線とガラスビーズとが十分に密着していないと、リード線からガラス管までの間の構成部材同士が密着できず、ガラス管の封止部分に空隙ができる。この空隙からガラス管内のガスが漏洩する恐れがある。ガスが漏洩すると、例えば、発光に必要な紫外線が十分に放射されなくなり、蛍光ランプの寿命が短くなる。

そこで、本発明の主目的は、リード部とガラスとの接合強度を向上することができる電極部材を提供することにある。また、本発明の他の目的は、この電極部材に適した製造方法を提供することにある。

酸化膜は、大気といった酸素を含有する雰囲気中で、リード線を加熱することで形成することができる。例えば、コバールからなるリード線を大気中で加熱して酸化膜を形成すると、この酸化膜は、酸素の含有量が高い酸化鉄、具体的には、三酸化二鉄(Fe₂O₃)と四酸化三鉄(Fe₃O₄)とで構成される。このような酸化鉄からなる酸化膜は、ガラスビーズやガラス管と十分に密着できないことがある。密着性を高めるために、例えば、酸化膜を厚くすることが考えられる。しかし、酸化膜が厚いと、酸化膜自体が脆くなって剥離し易くなる。また、酸化膜の熱膨張係数とガラスの熱膨張係数との差が比較的大きいため、酸化膜が厚いと、ガラスとリード線との間に熱膨張係数が大きなものが介在することになる。更に、リード部に形成した酸化膜は、空隙を多く有している。これらの空隙は、ガラスビーズをリード部に接合する際の加熱や電極部材によりガラス管を封止する際の加熱により低減されるものの、酸化膜が厚いと、膜中に空隙が多く残存する。この残存する空隙によりガラス管内のガスが漏れる恐れがある。

そこで、本発明者らは、酸化膜を厚くせずに接合強度を向上する構成を検討した結果、特定の化合物を含有する酸化膜が好ましいとの知見を得た。具体的には、FeOを含有する酸化膜は、Fe₂O₃及びFe₃O₄からなる酸化膜と比較して、接合強度が向上する。この理由は定かではないが、FeOを含有した酸化膜は、ガラスとの濡れ性が向上するためであると考えられる。そこで、本発明電極部材は、FeOを含有する酸化膜を具える構成とする。具体的には、本発明冷陰極蛍光ランプ用電極部材は、電極部と、リード部とを有する。リード部は、電極部の端部に接続され、少なくとも表面側が鉄含有金属から構成される。このようなリード部の表面の少なくとも一部にFeOを含む酸化膜を有する。

本発明電極部材は、上記酸化膜を具えることで、リード部とガラスとを十分に密着できるため、ガラス管に配置してガラス管の開口部を封止した際、リード部からガラス管までの間の構成部材同士を十分に密着できる。従って、本発明電極部材を用いて冷陰極蛍光ランプを形成した場合、この蛍光ランプは、ガラス管の封止部分からのガスが漏洩することを抑制でき、ガラス管内に十分なガス(特に、水銀)が存在することで、寿命が長くなる。また、このランプは、十分なガス(同)が存在するため、高輝度を維持でき、輝度の低下により寿命が短くなることも抑制される。

本発明電極部材は、以下の本発明製造方法により製造することができる。本発明冷陰極蛍光ランプ用電極部材の製造方法は、電極部の端部にリード部を有する電極部材を製造する方法であり、以下の酸化膜形成工程を具える。
[酸化膜形成工程] リード部の外周を加熱し、リード部の表面に酸化膜を形成する。リード部は、少なくとも表面側が鉄含有金属から構成されるものとする。そして、この工程は、以下に示す雰囲気が異なる二工程を具える。
＜酸化性工程＞ 酸化性雰囲気でリード部を加熱して酸化膜を形成する。
＜非酸化性工程＞ 酸化性工程後に非酸化性雰囲気でリード部を加熱して、酸化膜中にFeOを生成する。

上記本発明製造方法は、異なる雰囲気中でリード部を加熱することで、FeOを含有する酸化膜を具える本発明電極部材を簡単に製造できる。以下、本発明をより詳細に説明する。

本発明電極部材は、冷陰極蛍光ランプの構成材料に利用されるものであり、放電に利用される電極部と、電極部に電力を供給するリード部とを具える。特に、長寿命で高品質であることが要求される冷陰極蛍光ランプに用いられる電極部材は、上記電極部、リード部に加えて、電極部を蛍光ランプのガラス管に固定する際に接着剤として機能すると共に、ガラス管の封止部材となるガラス部を具えることが好ましい。

リード部は、例えば、インナーリード部とアウターリード部とを具えるものが利用できる。インナーリード部は、一端に電極部が接合されると共に、ガラス管の内部に固定される部分であり、アウターリード部は、インナーリード部に接合されて、ガラス管の外部に露出される部分である。インナーリード部とアウターリード部とは、溶接などにより接合する。接合部分に溶接コブを設けた場合、溶接コブを後述するガラスビーズのあたり止めとして利用することで、ガラス部の位置ずれを防止できる。

アウターリード部は、例えば、ニッケル(Ni)からなる線材、MnNiといったニッケル合金からなる線材、ジュメットからなる線材などが利用できる。これらの線材は、ニッケルメッキ層などのメッキ層を具えていてもよい。

インナーリード部は、外周にガラス管やガラスビーズからなるガラス部といったガラスが接合されるため、熱膨張係数がガラスに近い材料からなる線材が好適に利用できる。また、インナーリード部は、導電性に優れる材料からなる線材が好適に利用できる。このような特性を満たす材料として、鉄(Fe)含有金属が挙げられる。特に、本発明電極部材は、少なくとも表面側が鉄含有金属からなる線材をインナーリード部に利用する。例えば、コバールと呼ばれるFeにCo,Niを配合した合金(その他Si,Mnなどを含む)からなる線材、銅(Cu)からなる芯材と、その外周に設けられるコバール層とを有する線材などが利用できる。インナーリード部の表面の少なくとも一部には、予め酸化膜を形成する。より具体的には、インナーリード部の表面においてガラス管又はガラス部で覆われる箇所に酸化膜を形成する。そのため、本発明電極部材がリード部の外周に接合されるガラス部を有する場合、この電極部材は、ガラス部とインナーリード部との境界近傍に酸化膜が存在する。

酸化膜は、リード部の構成元素が酸化してできた酸化物で構成される。インナーリード部の少なくとも表面側が鉄含有金属から構成される場合、酸化膜は、実質的に酸化鉄で構成される。特に、大気中といった酸化性雰囲気下で酸化膜を形成した場合、この酸化膜は、三酸化二鉄(Fe₂O₃)と四酸化三鉄(Fe₃O₄)とで構成される。本発明電極部材は、後述するように特定の条件により酸化膜を形成することで、Fe₂O₃及びFe₃O₄に加えて、一酸化鉄(FeO)を含有する酸化膜を具える。FeOを含有する酸化膜は、Fe₂O₃及びFe₃O₄からなる酸化膜と比較して、ガラスとの密着性に優れる傾向にあり、FeOの含有量が多いほど密着性が高くなり易い。特に、ガラス部の有無に係わらず、電極部材に有する酸化膜全体を100％とするとき、FeOの含有量は、体積比で1％以上が好ましく、10％以上がより好ましい。

リード部に形成した酸化膜は、ガラス部をリード部に接合する際の加熱や電極部材をガラス管に固定する際の加熱により、構成する化合物の割合が変化する。具体的には、FeOの含有量は、上記加熱により低減する傾向にある。そこで、ガラス部を有する電極部材とする場合、ガラス部を形成した後の電極部材において、酸化膜中のFeOの含有量が体積比で1％以上となるように、ガラス部を形成する前のリード部において、酸化膜中のFeOの含有量が1体積％超となるように、リード部に酸化膜を形成する。具体的には、リード部に具える酸化膜中のFeOの含有量が体積比で10％以上、好ましくは50％以上となるように酸化膜を形成する。酸化膜中のFeOの有無や膜全体の酸化物種の体積比率は、例えば、XRDで測定することができる。

電極部材の酸化膜の厚さは、ガラス部の有無に係わらず、1μm以上10μm未満が好ましく、1μm以上7μm以下がより好ましい。電極部材の酸化膜の厚さが1μm未満であると、電極部材をガラス管に固定する際の加熱により、酸化膜の厚さが薄くなり易く、酸化膜が無くなる恐れがある。酸化膜が消失することで、リード部の構成元素がガラス側に拡散し易く、後述するイオン拡散層が厚くなり易い。10μm超であると、ガラス管に固定するための加熱を行っても酸化膜中に多数の空隙が残存する恐れがある。酸化膜の厚さは、リード部の大きさ(直径)やガラス管の大きさ(内径)に応じて調整することができる。リード部の直径が0.4〜1.2mm程度の場合、電極部材の酸化膜の厚さは上記範囲が好ましい。リード部の直径がより大きい場合は、酸化膜の厚さを上記範囲よりも大きくすることができる。

但し、ガラス部を有する電極部材とする場合、リード部に形成した酸化膜は、ガラス部接合時の加熱により、酸化膜を構成する元素がガラス側に拡散して厚さが薄くなる。そこで、ガラス部を形成した後の電極部材の酸化膜の厚さが上記範囲(1〜10μm)となるように、ガラス部を形成する前のリード部に形成する酸化膜は、この範囲よりも厚く形成する。具体的には、6〜20μm程度が好ましい。ガラス部形成前の酸化膜の厚さは、適宜調整するとよく、ガラス部形成後の酸化膜の厚さが上記範囲を満たせばよい。

FeOを含有する酸化膜は、二段階の加熱により形成することができる。一段階目の加熱は、酸化性雰囲気とし(酸化性工程)、酸素(O)とリード部の構成元素(Fe)とを結合させて、Fe₂O₃やFe₃O₄を形成する。この加熱には、バーナーや電気炉を用いることができる。バーナーは、燃焼用ガスの調整が容易であり、燃焼用ガスを適切に調整することで、所望の厚さの酸化膜を安定して形成できる。電気炉は、大量のリード部に対して一度に酸化膜を形成できるため、量産性に優れる。ガラス部を具える電極部材とするときにバーナーを利用する場合の条件は、加熱温度:900〜1200℃、3〜12秒、電気炉を利用する場合の条件は、加熱温度:650〜1000℃、2〜8分が挙げられる。加熱温度が高いほど、或いは加熱時間が長いほど酸化膜は厚くなる傾向にある。より好ましい条件は、バーナーを利用する場合、加熱温度:950〜1150℃、3〜8秒、電気炉を利用する場合、加熱温度:700〜850℃、3〜5分である。ガラス部を有しない電極部材とする場合は、上記加熱時間を短くするとよい。酸化性雰囲気は、酸素を含んでいればよく、例えば、大気雰囲気が挙げられる。この酸化性工程は、酸化性雰囲気での加熱であるため、酸素(O)とインナーリード部の構成材料中の鉄(Fe)とが結合し、Fe₂O₃やFe₃O₄といった酸素の結合量が多い酸化鉄が生成され、FeOが生成されない。

二段階目の加熱は、非酸化性雰囲気で行う(非酸化性工程)。酸素が実質的に存在しない雰囲気で加熱すると、酸化膜の厚さが実質的に増加せず、一段階目の加熱(酸化性工程)により形成された酸化膜中にリード部の構成元素であるFeが拡散される。この拡散により酸化膜中のFeの原子比率が高められて、膜中にFeOを生成することができる。この加熱は、非酸化性雰囲気で行うため、電気炉を用いることが好ましい。また、この加熱は、酸化膜を構成する化合物を変化させるのに必要なだけ行うとよく、具体的な条件は、加熱温度:900〜1100℃、加熱時間:3〜5分が挙げられる。より好ましい条件は、加熱温度:950〜1050℃、3.5〜4.5分である。非酸化性雰囲気は、酸素を実質的に含んでいなければよく、窒素(N₂)やアルゴン(Ar)、ヘリウム(He)などの不活性ガスからなる不活性雰囲気が挙げられる。上記不活性ガスに水素などの還元性ガスを含有する還元性雰囲気としてもよい。なお、上述したようにこの加熱は、酸化膜の厚さがほとんど変化しないため、一段階目の加熱で概ね所望の厚さの酸化膜を形成しておく。

電極部の形成材料は、例えば、ニッケル(純Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)などが利用できる。純Niは、加工性や経済性に優れる。WやMoは、純Niと比較して非常に高融点であり、電極部の消費や輝度の低下を低減できる。その他、形成材料は、純Niに添加元素を添加してなるNi合金が利用できる。具体的には、Ti,Hf,Zr,V,Fe,Nb,Mo,Mn,W,Sr,Ba,B,Th,Be,Si,Al,Y及び希土類元素(Yを除く)から選ばれる1種以上の元素を合計で0.001質量％以上5.0質量％以下含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなるNi合金が挙げられる。特に、Be,Si,Al,Y及び希土類元素(Yを除く)から選択される1種以上の元素を合計で0.001質量％以上3.0質量％以下含有し、残部がNi及び不可避的不純物からなるNi合金としてもよい。このようなNi合金は、1.純Niよりも仕事関数が小さいため放電し易い、2.スパッタリングし難い(スパッタリング速度又はエッチングレートが小さい)、3.アマルガムを形成し難い、4.酸化膜を形成し難いため、放電が阻害され難い、といった様々な利点を有する。特に、Yを含有するNi合金は、耐スパッタリング性を高められる。

電極部の代表的な形状は、カップ状(有底筒状)が挙げられる。カップ状の電極部は、板状材をプレス加工することで容易に形成できる。カップ状の電極部は、ホローカソード効果により、スパッタリングを抑制できる。

ガラス部を具える電極部材とする場合、ガラス部は、筒状のガラスビーズを上記酸化膜が形成されたリード部(インナーリード部)の外周に挿通配置して加熱し、変形することで形成する。また、この加熱により、インナーリード部の外周にガラス部を接合する。ガラスビーズは、例えば、ホウケイ酸ガラスやアルミノシリケートガラスからなるものなどが利用できる。

ガラス部の形成のための加熱により、リード部も加熱されて、リード部や酸化膜を構成する元素がガラス側に拡散して、ガラス部の成分とリード部の成分とが混合したイオン拡散層がガラス部、特に、ガラス部において酸化膜と接する側に生成される。イオン拡散層は、ガラス部の他の部分と熱膨張係数が異なるため、厚過ぎるとガラス部やガラス管(封止部分近傍)の割れの原因となる。また、ガラス管の封止のための加熱によっても、イオン拡散層が生成される、或いは厚くなる。従って、電極部材のイオン拡散層は、できるだけ薄いことが好ましく、厚さが15μm以下、特に、12μm以下が好ましい。

ガラス部の形成は、バーナーや電気炉を利用して行うとよい。例えば、還元性雰囲気中でガラスビーズを加熱して、変形及び接合すると同時に、リード部においてガラス部で覆われない箇所(露出箇所)の酸化膜を還元する方法が利用できる。ここで、リード部とガラス部との接合強度を高めるためには、加熱温度を高温とする、或いは加熱時間を長くして、ガラス部を十分に溶融して酸化膜に対する濡れ性を高めることが効果的である。しかし、加熱温度が高い、或いは加熱時間が長いと、ガラスビーズがリード部の酸化膜に沿って伸びるように変形し、所望の形状となり難い。一方、加熱温度を低くする、或いは加熱時間を短くすると、ガラスビーズを所望の形状に変形し易いものの十分に接合できない。そこで、一度の加熱で変形と接合とを行うのではなく、後述するように二段階の加熱とすることで、ガラスビーズを所望の形状に変形できると共に、ガラスビーズとリード部とを十分に接合でき、かつイオン拡散層の厚膜化を防止できて好ましい。

具体的には、以下の変形工程と接合工程とを具えるガラス部形成工程を行うことが好適である。
[ガラス部形成工程] 酸化膜が形成されたリード部の外周にガラスビーズを配置し、ガラスビーズを加熱して変形することでガラス部を形成すると共に、ガラス部をリード部に接合する。
[変形工程] 非酸化性雰囲気中で、加熱温度:700〜800℃、加熱時間:3〜5分
[接合工程] 還元性雰囲気中で、加熱温度:900〜1100℃、加熱時間:3〜5分

変形工程は、主としてガラスビーズの変形を行うための加熱工程である。非酸化性雰囲気は、例えば、窒素やアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスからなる不活性雰囲気が挙げられる。非酸化性雰囲気とすることから、この加熱は、電気炉を用いて行うことが好ましい。また、電気炉は、一度に多くのガラスビーズを変形させることができ、量産性に優れる。より好ましい条件は、加熱温度:750〜800℃、加熱時間:3.5〜4分である。変形工程は、比較的低温としているため、イオン拡散層がほとんど形成されない。

接合工程は、主として変形したガラスビーズとリード部とを接合するための加熱工程である。還元性雰囲気は、例えば、窒素やアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスに水素といった還元性ガスを含有した雰囲気が挙げられる。加熱は、電気炉を用いると、上記変形工程に連続して行える。より好ましい条件は、加熱温度:950〜1000℃、加熱時間:3.5〜4分である。また、接合工程は、還元性雰囲気であるため、バーナーを用いて加熱することができる。この場合、加熱温度:1000〜1200℃、加熱時間:5〜10秒が好ましい。この接合工程では、イオン拡散層が形成されるものの、上記条件で加熱することで、イオン拡散層の厚さを15μm以下にできる。また、この加熱により、酸化膜中に存在する空隙を低減することができる。更に、この加熱により、リード部においてガラス部で覆われない箇所の酸化膜を還元して除去することができる。

上述したリード部、電極部、任意でガラス部を有する本発明電極部材は、冷陰極蛍光ランプの構成部材に好適に利用できる。例えば、開口部を二つ有するガラス管と、本発明電極部材とを用いて冷陰極蛍光ランプを形成するには、以下の手順が挙げられる。内壁面に蛍光体層を設けたガラス管を用意し、ガラス管の一方の開口部に電極部材を挿入し、開口部近傍にリード部(ガラス部)を配置する。そして、ガラス管においてリード部との接触箇所(電極部材がガラス部を有する場合、ガラス管においてガラス部との接触箇所及びガラス部)を加熱してガラスを溶融し、開口部を封止すると共に、電極部材を固定する。次に、他方の開口部から真空引きした後、ガラス管内に所定のガスを導入し、他方の開口部に別の電極部材を挿入し、開口部近傍にリード部(ガラス部)を配置する。そして、ガラス管においてリード部との接触箇所(電極部材がガラス部を有する場合、ガラス管においてガラス部との接触箇所及びガラス部)を加熱してガラスを溶融し、ガラス管を封止すると共に、電極部材をガラス管に固定する。以上の工程により、冷陰極蛍光ランプが得られる。ガラス管は、I字状で開口部を二つ有するものが代表的であり、その他、ガラス管は、L字状(開口部が二つ又は三つ)やT字状(開口部が三つ)などがある。

本発明冷陰極蛍光ランプ用電極部材は、リード部とガラスとが十分に密着される。そのため、本発明電極部材を用いて冷陰極蛍光ランプを形成した場合、リード線からガラス管までの間の構成部材同士が十分に密着でき、ガラス管において封止部分からのガス漏れを防止できる。従って、本発明電極部材は、蛍光ランプの長寿命化に貢献できると期待される。

酸化膜を構成する化合物が異なる電極部材を作製し、接合強度を調べた。
[電極部材]
図1は、電極部材の概略構成を示す部分断面図である。作製した電極部材は、いずれも図1に示す電極部材10と同様の構成である。電極部材10は、カップ状の電極部11と、電極部11の底端面に接合されるリード部12と、リード部12の外周に接合されるガラス部13とを具える。リード部12は、冷陰極蛍光ランプのガラス管に接合されるインナーリード部12iと、管の外部に露出して配されるアウターリード部12oとからなる。インナーリード部12iは、その表面においてガラス部13で覆われる箇所に酸化膜12sを具える。このような電極部材は、以下のように作製した。

＜実施例＞
1.電極部及びリード部の形成
電極部11は、ニッケル板をプレス加工によりカップ状に形成した。リード部12は、コバール(Ni:28〜30質量％、Co:16〜18質量％、残部Fe)からなる線材(直径φ0.8mm)の一端面と、ニッケル合金(MnNi)からなる線材の一端面とを溶接して形成した。コバール線材部分がインナーリード部12iであり、ニッケル合金線材部分がアウターリード部12oである。両線材の接合部分には、溶接コブ(図示せず)を形成した。得られたリード部12にバレル研磨、化学研磨などの表面処理を行った。このようなリード部を複数用意した。

2.酸化膜の形成
インナーリード部12iの外周(溶接コブよりもインナーリード部側の外周)を加熱し、インナーリード部12iの表面に酸化膜12sを形成した。加熱は、以下のように二段階に亘って行った。
(1) 酸化性工程
電気炉を用いて大気雰囲気で、加熱温度:800℃、加熱時間:4分で加熱した。
(2) 非酸化性工程
引き続いて電気炉を用いて窒素雰囲気で、加熱温度:980℃、加熱時間:4分で加熱した後、冷却した。

冷却後、リード部に形成した酸化膜を構成する化合物の割合(体積比率)を調べた。測定は、XRDで行った。その結果、いずれのリード部も、FeOが検出され、体積比で90％がFeOであり、残りがFe₃O₄及びFe₂O₃であった。

また、リード部に形成した酸化膜の厚さを調べたところ、2.8〜3.7μmであった。酸化膜の厚さは、顕微鏡写真を用いて測定した。更に、酸化膜の状態を顕微鏡により確認したところ、空隙を多数有していた。

次に、上記酸化膜を形成したインナーリード部12iの外周にビードガラスを挿通した。ビードガラスは、SiO₂を主成分とし、Na₂Oなどを含むホウケイ酸ガラス(BFK)からなる中空の円筒状体であり、端面に貫通孔を有する。貫通孔は、インナーリード部12iの外径よりも若干大きい。そのため、インナーリード部12iにビードガラスを挿通した際、ビードガラスの内周面とインナーリード部12iの外周面との間に隙間が生じる。ビードガラスは、インナーリード部12iに挿通した際、溶接コブにより、インナーリード部12iの長手方向の所定位置に容易に位置決めされる。

3.電極部の接合
インナーリード部12iの他端面(溶接コブが無い側の面)に、カップ状の電極部11の底端面をレーザー溶接で接合した。ガラスビーズの溶融前(ガラス部形成前)に電極部11をリード部12に接合することで、電極部を接合するときの加熱により、インナーリード部12iが加熱されて、酸化膜の構成元素がガラス側に拡散することを抑制できる。電極部の接合は、後述するガラスビーズの溶融後に行うこともできる。

4.ガラス部の形成
(1) 変形工程
電極部11を接合し、ガラスビーズを配置したリード部12を電気炉に配置し、窒素雰囲気中で加熱温度:800℃、加熱時間:4分で加熱して、ガラスビーズを変形させると共に、酸化膜に付着させた。具体的には、ガラスビーズは、加熱により角部が丸まると共に、収縮するように変形し、貫通孔の内周面が酸化膜に付着する。この変形により、ガラスビーズからガラス部13を形成する。
(2) 接合工程
電気炉中に水素ガスを混入して、(窒素＋水素)雰囲気とし(水素割合:16体積％)、この還元性雰囲気中で加熱温度:980℃、加熱時間:4分で加熱して、ガラス部13と酸化膜12sとを密着させる。つまり、酸化膜12sの一部をガラス部13に拡散させる。また、この加熱により、インナーリード部12iにおいて、ガラス部13で覆われず、露出した部分の酸化膜を還元して除去する。

上記1〜4の工程により、電極部、リード部、ガラス部を有する電極部材を得た。このような電極部材を複数作製し、これら電極部材を実施例とする。実施例について、酸化膜を構成する化合物の割合をXRDにより調べたところ、いずれの電極部材も体積比で1％以上のFeOを含有しており、残りがFe₃O₄及びFe₂O₃であった。

また、実施例について、顕微鏡写真を用いて酸化膜の厚さを測定したところ、1.4〜2.5μmであり、リード部に形成したときよりも薄くなっていた。酸化膜の状態を顕微鏡により確認したところ、空隙が低減されていた。

更に、実施例について、顕微鏡写真を用いてイオン拡散層の厚さを測定したところ、6.2〜7.2μmであり、15μm以下と非常に薄かった。

＜比較例＞
上記実施例と異なる条件で酸化膜を形成した電極部材を作製した。この電極部材において酸化膜は、二段階の加熱を行わず、一段階の加熱で形成した。具体的な条件は、電気炉を用い、大気雰囲気で、加熱温度:800℃、加熱時間:4分とした。酸化膜の形成以外の工程は、上記実施例と同様に行って電極部材を複数作製し、これらの電極部材を比較例とする。

ガラス部形成後、比較例について、酸化膜を構成する化合物の割合をXRDにより調べたところ、いずれの電極部材もFeOが検出されず、Fe₃O₄及びFe₂O₃のみが検出された。また、比較例の酸化膜の厚さは、3〜5μm、イオン拡散層の厚さは、6〜7μmで15μm以下であった。

＜参考例＞
インナーリード部をW(タングステン)で作製し、ガラス部を設けた電極部材を作製した。参考例に用いたガラス部及びガラス管は、Wに熱膨張係数が近いものとした。このような電極部材を複数作製し、これらの電極部材を参考例とする。

[接合強度試験]
実施例,比較例,参考例について、以下のようにして接合強度を調べた。接合強度は、図2に示すようにリード部が挿通可能で、ガラス部が挿通不可能な大きさの貫通孔を設けた治具200に電極部材を固定し、アウターリード部を荷重を加えて引っ張った際、ガラス部が破壊するときの力(N)を調べた。実施例は、ガラス部が破壊する前にアウターリード部が破断するため、インナーリード部120にガラス部130を形成した代替部材100を同様の条件で作製し、この代替部材100を用いて接合強度を調べた。その結果を表1に示す。

表1から、実施例は、接合強度に優れることがわかる。従って、このような電極部材を用いて冷陰極蛍光ランプを形成した場合、リード部からガラス管までの間の構成部材が十分に密着することができ、ガラス管の封止部分からガスが漏れることを防止できると予想される。

[曲げ試験]
実施例,比較例について、インナーリード部に曲げを加えて、ガラス部の割れ状態を調べた。その結果、比較例は、リード部からガラス部の破片が脱落するように割れた。これに対し、実施例は、リード部からガラス部が剥がれて破片が脱落するように割れたりせず、リード部に付着していて形が残っていたが、ガラス部の径方向にひびが多数生じていた。このことから、実施例は、ガラス部がリード部の外周に沿って満遍なくが密着していると考えられる。

[耐久試験]
実施例,比較例の電極部材を用いて、冷陰極蛍光ランプを作製し、耐久試験を行った。冷陰極蛍光ランプは、開口部を二つ有するI字状のガラス管を用い、各開口部に実施例の電極部材をそれぞれ配置してガラスを加熱し、開口部を封止すると共に、リード部を固定して作製した(実施例ランプ)。ガラス管には、内壁面に蛍光体層としてハロリン酸塩蛍光体層を予め形成した。また、一方の開口部を封止する際、真空引きした後、ガラス管内に水銀とアルゴンとの混合ガスを導入した。比較例の電極部材を用いた比較例ランプも同様にして作製した。

得られた実施例ランプ、比較例ランプについて、耐久試験を行った。冷陰極蛍光ランプの輝度は、点灯開始(初期)から1000時間(初期1000時間)で大きく劣化し、その後の劣化は小さい。そこで、初期の輝度の値を100％とし、1000時間後の輝度が初期の輝度の80％以上であれば、耐久性有りと評価する。その結果、実施例ランプは、93％であり、耐久性に問題ないことが分かった。一方、比較例ランプは、65％であった。また、比較例ランプは、点灯中、ガス漏れが検出されたのに対し、実施例ランプは、ガス漏れが無かった。このことから、実施例ランプが耐久性有りとなったのは、リード線からガラス管までの間の構成部材同士が十分に密着して、ガラス管内のガスが十分に存在したことが一因であると考えられる。また、耐久性に優れることから、実施例ランプは、長寿命であると考えられる。

なお、上述した実施例は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。

本発明電極部材は、冷陰極蛍光ランプの構成部材に好適に利用できる。本発明電極部材の製造方法は、本発明電極部材の製造に好適に利用できる。本発明電極部材を用いた冷陰極蛍光ランプは、例えば、液晶ディスプレイのバックライト用光源、小型ディスプレイのフロントライト用光源、複写機やスキャナなどの原稿照射用光源、複写機のイレイサー用光源といった種々の電気機器の光源として好適に利用できる。

電極部材の概略構成を示す部分断面図である。 接合強度試験を説明する説明図である。

符号の説明

10 電極部材 11 電極部 12 リード部 12i インナーリード部
12o アウターリード部 12s 酸化膜 13 ガラス部
100 代替部材 120 インナーリード部 130 ガラス部 200 治具

Claims (5)

1. 電極部と、電極部の端部に接続されるリード部とを有する冷陰極蛍光ランプ用電極部材であって、
   リード部は、
   少なくとも表面側が鉄含有金属から構成され、
   このリード部の表面の少なくとも一部に酸化膜を有しており、
   酸化膜は、FeOを含むことを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用電極部材。
2. 酸化膜中のFeOの含有量は、体積比で1％以上であることを特徴とする請求項1に記載の冷陰極蛍光ランプ用電極部材。
3. 電極部材は、更に、リード部の外周に接合されるガラス部を具え、
   リード部の表面においてガラス部で覆われる箇所に酸化膜を有することを特徴とする請求項1に記載の冷陰極蛍光ランプ用電極部材。
4. 電極部の端部にリード部を有する電極部材を製造する冷陰極蛍光ランプ用電極部材の製造方法であって、
   リード部の外周を加熱し、リード部の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程を具え、
   リード部は、少なくとも表面側が鉄含有金属から構成され、
   酸化膜形成工程は、酸化性工程と、非酸化性工程とを具え、
   酸化性工程は、酸化性雰囲気でリード部を加熱して酸化膜を形成し、非酸化性工程は、酸化性工程後に非酸化性雰囲気でリード部を加熱して、酸化膜中にFeOを生成することを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用電極部材の製造方法。
5. 更に、リード部の外周に接合されるガラス部を有する電極部材を作製する場合、酸化膜が形成されたリード部の外周にガラスビーズを配置し、ガラスビーズを加熱して変形することでガラス部を形成すると共に、ガラス部をリード部に接合するガラス部形成工程を具えることを特徴とする請求項4に記載の冷陰極蛍光ランプ用電極部材の製造方法。

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