JP2008277150A - 電極構成体、冷陰極放電ランプおよび照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 硬質ガラス用の封着用線材と、有底筒状のカップ電極との接続強度を十分確保することができる電極構成体およびこの電極構成体を用いた冷陰極放電ランプならびにこの冷陰極放電ランプを装着した照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 モリブデン、タングステンまたはコバールのからなる封着用線材6と、この封着用線材6の一端側に底部側の外端面が溶接により接続され、前記封着用線材6より低融点の金属材料から形成された有底筒状のカップ状電極7とを具備しており、封着用線材6の一端側外周面が溶融した電極形成材料で被覆されている電極構成体5およびこの電極構成体5を用いた冷陰極放電ランプLならびにこの冷陰極放電ランプLを装着した照明装置9Aである。
【選択図】 図3
【解決手段】 モリブデン、タングステンまたはコバールのからなる封着用線材6と、この封着用線材6の一端側に底部側の外端面が溶接により接続され、前記封着用線材6より低融点の金属材料から形成された有底筒状のカップ状電極7とを具備しており、封着用線材6の一端側外周面が溶融した電極形成材料で被覆されている電極構成体5およびこの電極構成体5を用いた冷陰極放電ランプLならびにこの冷陰極放電ランプLを装着した照明装置9Aである。
【選択図】 図3
Description
本発明は、冷陰極蛍光ランプなどの管球に使用される電極構成体、この電極構成体を用いた冷陰極放電ランプおよびこの冷陰極放電ランプを用いた照明装置に関する。
近年、テレビやパソコンなどの液晶表示装置、複写機やファクシミリなどのOA機器あるいは表示パネルなどの照明装置用のバックライトとして冷陰極放電ランプが多用されている。
近時、液晶表示装置、例えば液晶テレビは薄形化や高輝度のカラー化などがすすめられ、これに伴いこの液晶テレビのバックライトの光源として用いられる冷陰極蛍光ランプも、ガラス管バルブや電極の小形化および長寿命化などがすすめられている。
この冷陰極蛍光ランプはガラス管バルブの内径が12mm以下、たとえば5mm以下の細径のものが開発されてきており、電極として小形化が可能であるとともに発光に寄与しない陰極降下電圧が低く、消費電力が低減して発光効率の向上を図ることのできる有底筒状をしたカップ状電極が採用されている。
そして、このランプは高品質化に伴い、ガラス管バルブの材質が軟質ガラスから耐熱性および機械的強度の高い硬質ガラスに変更され、また、電極は寿命を長くする要求の高まりから仕事関数が低いモリブデン(Mo)などの金属製カップ状電極と、上記ガラス管バルブとの気密封着性や熱伝導性を考慮したモリブデン(Mo)などの金属からなる封着用部材とを一体や接続して一体的に構成した電極構成体を用いた冷陰極放電ランプが開発されている。(特許文献1、2参照)
特開2003−151496号公報
特開2006−140129号公報
上記特許文献1,2のようにカップ状電極と封着用線材とをモリブデン(Mo)などの金属で一体に構成した電極構成体は、耐熱性を向上して冷陰極放電ランプの寿命特性を改善できるなどの利点はあるが、溶接による高融点金属同士の接合は作業管理が難しく、接合強度のばらつきも大きく強度の低下を招き易いということがあるとともに製造コストが高価となっていた。
また、かしめ等の電極部材を一部変形させて固着を行う場合は、高融点金属は硬度が高いため変形加工が困難であり、変形させる部分を加熱しながら加工を行うなど作業が煩雑であるとともに、接続強度の低下を招き易かった。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、硬質ガラス用の封着用線材と、有底筒状のカップ電極との接続強度を十分確保することができる電極構成体およびこの電極構成体を用いた冷陰極放電ランプならびにこの冷陰極放電ランプを装着した照明装置を提供することを目的とする。
本発明の請求項1に記載の電極構成体は、モリブデン、タングステンまたはコバールのからなる封着用線材と、この封着用線材の一端側に底部側の外端面が溶接により接続され、前記封着用線材より低融点の金属材料から形成された有底筒状のカップ状電極とを具備しており、封着用線材の一端側外周面が溶融した電極形成材料で被覆されていることを特徴とする。
この発明の電極構成体は封着用線材とカップ状電極との溶接部が例えばモリブデン(Mo)より融点が低い例えばニッケル(Ni)などの金属材料からなるカップ状電極側が主として溶融し、界面では合金が形成されるが溶融した電極形成材料が封着用線材の一端部周囲の外周面にまで流れ、この部分を溶融した電極形成材料で覆って流出部を形成しているとともにカップ状電極の底面に封着用線材の一端部が突き抜けることなくめり込ませていて、筒内底面から封着用線材の先端部が露出することがない。
したがって、溶接部の接続強度を向上できるとともに電極部の表面には合金部分が存在していないので、不安定な放電の生起がない。
なお、この発明において封着用線材は、モリブデン(Mo)、タングステン(W)またはコバール(KOV―鉄(Fe)約54質量%・ニッケル(Ni)約29質量%・コバルト(Co)約17質量%)のうちから選ばれた金属材料で形成されている。モリブデン(Mo)またはタングステン(W)の場合には単体の金属材料で形成してもよいが、これら金属材料を主成分とし他の金属材料が混ざった合金からなるものであってもよい。
本発明の請求項2に記載の電極構成体は、有底筒状のカップ状電極が、ニッケル、ニオブまたはこれら金属を主成分とする合金から形成されていることを特徴とする。
封着用線材の形成材料より低融点の上記金属材料でカップ状電極を形成することにより、上記請求項1に記載と同様な作用を奏する。
本発明の請求項3記載の電極構成体は、封着用線材と有底筒状のカップ状電極とが、カップ状電極を形成する同質の金属材料片を介して突き合わせ溶接されていることを特徴とする。
溶接時にカップ状電極の底面側を電極形成材料と同質の金属材料片(ブレージング材)を介挿して溶融させ、電極の底面側を厚肉として流出部の容量を増すことができる。
本発明の請求項4記載の電極構成体は、封着用線材の一端側の端面の周縁部が面取りされていることを特徴とする。
封着用線材の先端面の周辺を面取りすることによって、カップ状電極の底面の溶融した部分が封着用線材との相互間および封着用線材の先端部周面によく流れ電極形成材料を容易に被覆させることができる。
本発明の請求項5記載の電極構成体は、封着用線材の一端側外周面には、カップ状電極の底部側と封着用線材との突き合わせ部から封着用線材の長手方向へ0.3mm以上の領域に溶融した電極形成材料によって覆われていることを特徴とする。
溶融した電極形成材料によって覆われ部分は、当接面から0.3mm以上の範囲にまで作られるのが好ましく、当接面から0.3mm以下の場合は溶接部内部の合金部分を覆えない虞があり、この合金部分にも放電基点を生じ放電が不安定になる。
本発明の請求項6記載の電極構成体は、封着用線材の他端側には外部リード線が接続されていることを特徴とする。
封着用線材の他端にこの線材より低融点、すなわち低硬度で柔軟性のある金属材料からなる外部リード線を溶接しておくことにより、端子部材への配線や接続を容易に行うことができる。
本発明の請求項7記載の冷陰極放電ランプは、硬質ガラス製の管形バルブと;このバルブの両端にそれぞれ封着用線材部が気密に封着された請求項1ないし6いずれか一記載の電極構成体と;上記バルブ内に封入された放電媒体と;を備えていることを特徴とする。
上記請求項1ないし6いずれか一記載の作用を奏する電極構成体を備えた冷陰極放電ランプである。
本発明の請求項8記載の照明装置は、筐体と;この筐体に付設された請求項7記載の冷陰極放電ランプと;この冷陰極放電ランプの点灯回路装置と;を備えていることを特徴とする。
上記請求項7記載の作用を奏する冷陰極放電ランプを備えた照明装置である。
請求項1記載の発明によれば、モリブデン、タングステンまたはコバールから選ばれた金属材料からなる封着用線材と、この封着用線材より低融点の金属材料から形成した有底筒状のカップ状電極の底部側とを溶接により接続して、電極および封着用線材からの不所望な放電生起を低減して筒状のカップ状電極の内表面全体から安定した放電を持続できる。
また、合金層がないので放電が選択集中することがなくスパッタリングの加速による電極の短寿命の発生が抑制されるなどの効果を有する電極構成体を提供することができる。
請求項2記載の発明によれば、カップ状電極の形成材料を選択することにより上記請求項1記載の効果を呈する電極構成体を提供することができる。
請求項3記載の発明によれば、電極の底面側を厚肉として流出部の容量を増加させることによって、封着用線材との溶接部の被覆が確実な上記請求項1記載の効果を呈する電極構成体を提供することができる。
請求項4記載の発明によれば、電極形成材料を封着用線材の先端部および外周面に容易に被覆することが可能な、上記請求項1記載の効果を呈する電極構成体を提供することができる。
請求項5記載の発明によれば、封着用線材の他端に外部リード線が突き合わせ部より0.3mm以上の部分にまで電極形成材料により覆われた流出部を形成しておくことにより、上記請求項1記載の効果を呈する電極構成体を提供することができる。
請求項6記載の発明によれば、封着用線材の他端側に外部リード線を接続しておくことにより、外部端子部材との接続を容易に行うことができる。
請求項7記載の発明によれば、上記請求項1ないし6いずれか一記載の効果を呈する電極構成体を備えた冷陰極放電ランプを提供することができる。
請求項8記載の発明によれば、上記請求項7記載の効果を呈する冷陰極放電ランプを備えた照明装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は冷陰極蛍光ランプを示す一部切欠断面図、図2は図1中の蛍光ランプに用いられている電極構成体を示す正面図、図3は図2中に示す電極構成体の要部を拡大した一部切欠断面図である。
この冷陰極蛍光ランプLは、図1に示すように例えば消費電力が5W以下、約2.5Wで、ガラス管バルブ1は直管形をなす外径が約3.0mm、内径が約2.0mm、長さが約200mmのホウケイ酸ガラス(熱膨張率約51X10-6/℃)などの硬質ガラスからなる。このガラス管バルブ1の両端には、ホウケイ酸ガラスからなるビード2を介し後述する電極構成体5を封止した封着部3,3が形成してある。
また、ガラス管バルブ1の内面には例えば青色、緑色、赤色に発光領域を有する蛍光体を混合塗布した3波長形蛍光体膜4が形成されており、また、このバルブ1内にはアルゴン(Ar)、キセノン(Xe)やネオン(Ne)などの希ガスが約8kPaと水銀(Hg)とからなる放電媒体が封入され冷陰極蛍光ランプLを構成している。
上記電極構成体5は、図2および図3に示すようにホウケイ酸ガラスと膨脹率が近似し気密封着性の高い例えば外径が約0.8mm、長さが約5.0mmのモリブデン(Mo)線からなり一部が内部リード線となる封着用線材6と、この封着用線材6の一端に接続された上記封着用線材6より低融点の金属例えば板厚が約0.2mmのニッケル(Ni)薄板を用いプレス加工によって外径が約1.7mm、内径が約1.3mm、長さが約5.0mmの有底円筒状に成形されたカップ状電極7と、封着用線材6の他端に接続された例えば線径が約0.8mmの鉄(Fe)・ニッケル(Ni)合金からなる外部リード線8とで構成されている。
そして、上記電極構成体5を構成するモリブデン(Mo)線からなる封着用線材6と、ニッケル(Ni)薄板からなるカップ状電極7との接続は、封着用線材6の一方の先端面と、カップ状電極7の筒底外面とを対面当接させ突き合わせた状態で電流を通じ当接面で抵抗発熱を生起させて相互を溶接している。
この発明では溶接のとき、モリブデン(Mo)(融点約2600℃)より融点が低いニッケル(Ni)(融点約1450℃)からなるカップ状電極7側が主として溶融し、界面では合金が形成されるが溶融した電極形成材料であるニッケル(Ni)が封着用線材6の先端部周囲の外周面にまで流れ、当接部から0.3mm以上の範囲をニッケル(Ni)で覆って流出部71を形成しているとともにカップ状電極7の底面厚さ(肉厚)の約半分の位置にまで封着線材6の先端部をめり込ませていて、筒内底面から封着線材6の先端部が露出していないカップ状電極7の全表面はニッケル(Ni)層となっている。
上記のように加工する方法としては、封着用線材6とカップ状電極7の材質、線径や容積などに対応して、溶接時の溶接電流や通電時間および突き合わせ圧や押し込み量などをコントロールすることにより行うことが可能であり、封着用線材6の先端部がカップ状電極7の底面を突き破ることがないとともに当接面(突き合わせ面)を含む溶接部を封着用線材6より低融点のニッケルからなる流出部71で被覆することができる。
この流出部71は、当接部から0.3mm以上の部分にまで作られるのが好ましく、当接面から0.3mm未満の場合は溶接部内部の合金部分を覆えない虞があり、この合金部分にも放電基点を生じ放電が不安定になる。
また、モリブデン(Mo)線からなる封着用線材6の他端部と、鉄(Fe)・ニッケル(Ni)合金からなる外部リード線8との接続も、両部材6,8の端面を当接し所定の突き合わせ圧(当接圧力)および電流を加えた抵抗溶接をする。このとき溶接部は、上記と同様に融点が低い鉄(Fe)・ニッケル(Ni)合金からなる外部リード線8側が溶融し、溶融した鉄(Fe)・ニッケル(Ni)合金が封着用線材6との当接面の外周面付近に付着して、この接続部が冷めると瘤状の塊81が形成された電極構成体5が得られる。
なお、電極構成体5は封着用線材6とカップ状電極7との接続、封着用線材6と外部リード線8との接続作業の順序は問わないし、これら3者を同時に接続するようにしてもよい。
また、上記電極構成体5は封着用線材6部の外表面には、ガラス管バルブ1と膨張率が近いかバルブ1と封着用線材6との中間の膨脹率値を有するガラス材料、例えばホウケイ酸ガラスからなるガラス層ないしはビード(塊)2を気密体(層)として形成しておいてもよい。
そして、上記電極構成体5は蛍光体被膜4を形成したガラス管バルブ1端部内のほぼ中心軸に沿ってカップ状電極7および封着用線材6部を配設して、封着用線材6部が対応しているガラス管バルブ1部分をガスバーナーなどで外部から加熱し、バルブ1のガラスおよびビード2を軟化溶融させ、バルブ1側のガラスが縮径してビード2の表面と融合した封着を行う。
このとき封着用線材6部はガラスと気密封着されるが、両端に接続されているニッケル(Ni)からなるカップ状電極6および外部リード線8の基部はホウケイ酸ガラスとは膨脹率差によって気密には封着されていない。
この後、ガラス管バルブ1内は図示しない排気管を介し排気し、内部に希ガスおよび水銀からなる放電媒体を封入して排気管が封切され、必要に応じてバルブ1端部に口金を接合して冷陰極蛍光ランプLが完成される。
上記のような冷陰極蛍光ランプLに使用される電極構成体5のモリブデン(Mo)線からなる封着用線材6と、モリブデン(Mo)より低融点のニッケル(Ni)板からなるカップ状電極7とを突き合わせ溶接により接続し、電極7および溶接(接続)部を電極形成材料であるニッケル(Ni)で包むようにしたことにより、その接続強度が向上するとともに電極7や封着用線材6の表面には不所望な合金の生成がないのでランプとなってから不安定な放電生起が低減して高いホロー効果を呈する発光特性および寿命特性の向上した蛍光ランプLを提供できる。
なお、上記電極構成体5を形成するカップ状電極7には、ホウ化ランタン(LaB6)などの易電子放射性物質を付着や充填しておくことによって、放電の生起を容易にして始動特性を高めることができる。
この冷陰極蛍光ランプLは、例えば液晶を用いるテレビやパソコンなどのバックライトの照明装置(光源)として用いられる。すなわち冷陰極蛍光ランプLは、図4(a),(b)に示すような照明装置に組み込み使用される。図4(a)は導光方式の照明装置9Aの実施の形態を示す一部断面斜視図である。
図4(a)において、91は冷陰極蛍光ランプLを装着した断面がU字状の樋形反射鏡を兼ねる筐体、92はアクリル樹脂などからなる導光板、93,94は導光板92の底面および側面や導光板92の収容ケース(図示しない)内に形成した反射シート、95は
導光板92の上面側に配設された光拡散板で、これらは図示しない上記収容ケースなどの内部に点灯回路装置(図示しない)とともに組み込まれている。
導光板92の上面側に配設された光拡散板で、これらは図示しない上記収容ケースなどの内部に点灯回路装置(図示しない)とともに組み込まれている。
この導光方式の照明装置9Aは、冷陰極蛍光ランプLの直射光および反射鏡91からの反射光が導光板92に入射し、導光板92を透過して底面あるいは側面に達した光線が反射シート93,94によって反射され、導光板92の上面に向かう。この導光板92の上面から光拡散板95に入射した光は、光拡散板95の上面から拡散して例えば液晶パネルPに向けて放射される。
また、図4(b)は反射板方式の照明装置9Bの分解斜視図で、反射鏡を兼ねる筐体96内に複数本の冷陰極蛍光ランプL,…が装着配置されているとともに筐体96の開口部に光拡散板95が載置され、これらは図示しない器具本体などの内部に点灯回路装置とともに組み込まれている。
そして、この照明装置9Bでは、冷陰極蛍光ランプL,…からの直射光および反射鏡96からの反射光が光拡散板95に入射し、光拡散板95の上面から拡散して放射される。
なお、これら照明装置9A,9Bは、パーソナルコンピューターや液晶テレビなどの液晶表示装置または所定のディスプレイ装置が形成された表示板のバックライト用の光源部、あるいは一般照明用器具として使用される。
そして、これら照明装置9A,9Bは、発光特性および寿命特性の向上した冷陰極蛍光ランプLを用いているので、品質性能を向上できる。
図5ないし図7は電極構成体5の他の実施の形態を示す要部を拡大した一部切欠断面図で、図中、図2、3と同一部分には同一の符合を付してその説明は省略する。
図5はカップ状電極7の外底面と当接させる封着用線材6の先端面の形状を図3に示されている平坦面に代えて周辺に面取り部61が形成してあるもので、カップ状電極7底面の溶融した部分が封着用線材6の外周面を流れ流出部71を形成できる。すなわち溶融した部分が相互間および封着用線材6の先端部周面によく流れるので電極形成材料を容易に被覆できる。
図6に示すものは、溶接前のカップ状電極7の底面を円筒部より厚肉、例えば円筒部の肉厚が約0.2mmに対し底面の肉厚が約0.3mmとしたものである。
また、図7は電極構成体5に組立てる前の状態を示す。このものは溶接に際しカップ状電極7の外底面と封着用線材6との間に電極7と同質のニッケル(Ni)薄板や細線からなる金属材料片(ブレージング材)72を介し溶接したものである。
この図6および図7に示すものは、溶接時に溶融するカップ状電極7の底面側の厚肉化をはかったもので、流出部71への供給量を増すことができるとともに封着用線材6のめり込みを深くして、接続強度が高められるとともに不所望な合金生成の低減ができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明が適用できる冷陰極放電ランプは、蛍光ランプに限らず希ガス発光形のランプや紫外線放射ランプがあり、ガラス管バルブの材質は、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラスや石英ガラスなどの硬質ガラスからなるものを用いることができる。
また、このバルブ(ランプ)の形状は直管形に限らず、U字形、W字形、環形など屈曲したもの、直管を複数本直列的に接続して成形した形状などでもよく、また、封着部はビードを介して行うものに限らず、封着用線材を直接バルブと封止するガラス管をバーナなどで縮径していく絞り封止や金型を用いた圧潰封止などで形成したものであっても差し支えなく、また、バルブの内面または外面に反射膜、着色膜や保護膜などが形成してあってもよい。
電極構成体を形成する封着用線材の材質はモリブデン(Mo)に限らず、タングステン(W)またはこれら金属を成分とした合金あるいはコバール(KOV)であってもモリブデン(Mo)と同様な作用効果を奏し、線材の選択は用いられるガラス管バルブの膨張率や材質に合わせ行うことができる。
上記封着用線材と突き合わせ溶接される有底筒状のカップ状電極の材質はニッケル(Ni)に限らず、ニオブ(Nb)あるいはこれら金属を成分とした合金からなるものを用いることもできる。
また、上記実施の形態では電極構成体を形成する封着用線材の他端側に接続した外部リード線をニッケル(Ni)線で形成したが材質はニッケル(Ni)に限らず、鉄(Fe)、鉄(Fe)・ニッケル(Ni)合金やニッケル(Ni)・マンガン(Mn)あるいは外表面に銅(Cu)を被覆したニッケル(Ni)や鉄(Fe)・ニッケル(Ni)合金などからなる線材であってもよい。
上記ニッケル(Ni)・マンガン(Mn)合金からなる外部リード線は、モリブデン(Mo)からなる封着用線材との溶接時に材料の融点が大きく異なるため相互溶融せず、ニッケル(Ni)・マンガン(Mn)合金のみが溶融して封着用線材の表面を包みこむように溶着して、溶接部の接続強度が高められるとともに耐酸化性にも優れる品質の向上した電極構成体を提供できる。
また、上記外表面に銅(Cu)を被覆した線材は、上記と同様な作用効果を奏する他、溶融後、固化した溶接部の表面が外部リード線と同色の酸化銅で覆われているので溶接強度の向上がはかれるとともにリード線を半田付けする場合,容易に行なうことができる。
なお、上記外部リード線は、ガラス管バルブの端部に接合される口金の端子部あるいは照明装置の端子部などと電気的接続がなされるが、このとき上記ニッケル(Ni)線などは屈曲や接続が容易にでき作業性もよい利点がある。
しかし、本発明ではこのような外部リード線に限らず、端子部との接続が可能であればモリブデン(Mo)などからなる封着用線材を延長して外部リード線とした封着用線材と外部リード線とが一体のものであっても差し支えなく、この場合は電極と接続しバルブ内に位置して内部リ−ド線の役割をする部分を含む封着用線材と外部リード線部分とが1本の封着用線材でまかなうことができる。
さらに、本発明に関わる照明装置は、液晶表示装置、液晶テレビや装飾装置などのバックライト用の他、ファクシミリなどの読取用、複写機の露光用あるいは通常の照明用の器具や灯具などに装着して使用できるものである。
L:冷陰極蛍光ランプ
1:ガラス管バルブ
3:封着部
5:電極構成体
6:封着用線材
7:カップ電極
71:流出部
8:外部リード線
9A,9B:照明装置
1:ガラス管バルブ
3:封着部
5:電極構成体
6:封着用線材
7:カップ電極
71:流出部
8:外部リード線
9A,9B:照明装置
Claims (8)
- モリブデン、タングステンまたはコバールのからなる封着用線材と、この封着用線材の一端側に底部側の外端面が溶接により接続され、前記封着用線材より低融点の金属材料から形成された有底筒状のカップ状電極とを具備しており、
封着用線材の一端側外周面が溶融した電極形成材料で被覆されていることを特徴とする電極構成体。 - 有底筒状のカップ状電極が、ニッケル、ニオブまたはこれら金属を主成分とする合金から形成されていることを特徴とする請求項1記載の電極構成体。
- 封着用線材と有底筒状のカップ状電極とが、カップ状電極を形成する同質の金属材料片を介して突き合わせ溶接されていることを特徴とする請求項1または2記載の電極構成体。
- 封着用線材の一端側の端面の周縁部が面取りされていることを特徴とする請求項1ないし3いずれか一記載の電極構成体。
- 封着用線材の一端側外周面には、カップ状電極の底部側と封着用線材との突き合わせ部から封着用線材の長手方向へ0.3mm以上の領域に溶融した電極形成材料によって覆われていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一記載の電極構成体。
- 封着用線材の他端側には外部リード線が接続されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一記載の電極構成体。
封着用リード線。 - 硬質ガラス製の管形バルブと;
このバルブの両端にそれぞれ封着用線材部が気密に封着された請求項1ないし6いずれか一記載の電極構成体と;
上記バルブ内に封入された放電媒体と;
を備えていることを特徴とする冷陰極放電ランプ。 - 筐体と;
この筐体に付設された請求項7記載の冷陰極放電ランプと;
この冷陰極放電ランプの点灯回路装置と;
を備えていることを特徴とする照明装置。
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