JP4242882B2 - 低圧放電ランプ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、低圧放電ランプ及びその製造方法に関する。

管状ガラスランプ容器の外表面に電極を備える、いわゆる誘電体バリア放電型低圧放電ランプ（ＥＥＦＬ）として、例えば実開昭６１−１２６５５９号公報（特許文献１）に記載されたものが知られていている。この従来の低圧放電ランプの構成は、図７に示すようなものである。

図７において、１９は低圧放電ランプ、１０は両端が封止された管状ガラスランプ容器である。この管状ガラスランプ容器１０の内部には、希ガスもしくは水銀と希ガスの混合ガス等のイオン化可能な充填剤６０が封入されている。管状ガラスランプ容器１０の内壁面には、必要に応じて蛍光体層７０等が形成されている。管状ガラスランプ容器１０の両端部外面には、外部電極２２，２７が配設されている。

外部電極２２，２７は、例えばアルミ箔および導電性粘着剤から成る電流導体層としての金属テープ３２，３７、および低圧放電ランプ１９ヘの給電金具として金属テープ３２，３７に接続されるコイル状リード線５１，５６から成る。なお、コイル状リード線５１，５６は自身のバネ性によって金属テープ３２，３７に当接している。

このような構成の低圧放電ランプ１９では、管状ガラスランプ容器１０内に電極が配置されていないために電極の消耗が起こらず、寿命が長いという特徴がある。しかし、管状ガラスランプ容器１０の直径は３ｍｍ程度であって非常に細く、これに金属テープ３２，３７を機械にて貼り付ける場合、精密な寸法精度で貼り付けるための複雑な機械が必要になり、量産には困難が伴った。

本願発明者らは、この問題点を解決するために、一般的な素材であるスズと鉛を主成分とする半田メッキで外部電極２２，２７を形成することを試みた。そのため、管状ガラスランプ容器１０の管端部をスズと鉛を主成分とする半田の溶融半田槽にディッピングすることで半田メッキ層を形成した。この方法で作成した低圧放電ランプ１１０を図８に示してある。

図８の低圧放電ランプ１１０において、３３，３８は、管状ガラスランプ容器１０の端部を溶融半田槽にディッピングして形成した半田ディッピング層を示している。この図８に示すように、溶融半田槽に管状ガラスランプ容器１０をディッピングする方法では、容器の表面に半田ディッピング層を一様に形成することができず、管状ガラスランプ容器１０の表面が露出してしまう部分が発生した。このような低圧放電ランプ１１０を長時間点灯すると、半田ディッピング層３３，３８の一部に電流が過度に集中し、管状ガラスランプ容器１０の管端の一部が過熱して穴が空き、ランプ１１０が不点灯に到るという問題点が発生した。

ガラスランプ容器の端部をディッピングして外部電極を形成する技術について、特開平１１−４０１０９号公報（特許文献２）に記載が見られる。この従来技術では、その段落００２２に、電流導体層の材料としてはステンレスの他に、ニッケル、タングステン、モリブデンなどが使用できると記載されている。これらは導電電極材料として一般的な材料である。当該文献２には、一般的な金属接合材である半田材の使用に関しては全く言及されていない。そしてこれらの一般的な電極材の導体層はスズ、スズとインジウムとの合金、若しくはスズとビスマスとの合金のいずれかを主成分とする半田材のような柔軟性がなく、そのためにその外部電極部分に高電圧を印加してランプ点灯させると、ガラス材と金属電極との熱膨張率の差によって電極側にひび割れ、剥離が発生し、長期間にわたる安定点灯が期待できない問題点がある。

また同文献２の段落００２３には、電極材としてペースト材を採用する場合にはディッピングによって電極層を形成することが記載されているが、上述したように電極材料にはステンレス、ニッケル、タングステン、モリブデン等の一般的な電極材料を使用するので、たとえディッピングによって外部電極層を形成し得たとしても、上述した長期間にわたる安定点灯が期待できない問題点がある。

尚、特開昭５２−６５７４０号公報（特許文献３）には超音波ディッピングについて記載が見られるが、これは単にその技術を開示するだけであり、低圧放電ランプにおける外部電極の電流導体層の形成に利用する記載は全くない。また、特開２００１−１４１０７８号公報（特許文献４）には、無鉛半田材が記載され、そこには、スズを主成分し、インジウム、ビスマスなどを添加した半田材が開示されている。しかしながら、これは一般的な半田材を開示しているだけであって、低圧放電ランプにおける外部電極の電流導体層の材料とする用途については全く言及されていない。さらに、特開２００２−８４０８号公報（特許文献５）には低圧放電ランプとそれを用いたバックライトが開示されているが、外部電極はキャップ式にして、段落００３１において、その電極材料には電気抵抗が少ない導電性材料であるアルミニウム、銀、銅などが好ましい旨が記されているだけであり、ガラス管の外壁との密着性において問題がある。
実開昭６１−１２６５５９号公報 特開平１１−４０１０９号公報 特開昭５２−６５７４０号公報 特開２００１−１４１０７８号公報 特開２００２−８４０８号公報

本発明は、このような従来の技術的課題を解決すべく発明されたもので、管状ガラスランプ容器の両端部に外部電極の電流導体層として超音波半田ディッピング層を有することで、ガラス管の外壁との密着性が良く、長期間にわたる安定点灯が可能な低圧放電ランプ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の低圧放電ランプ及び低圧放電ランプの製造方法は、管状ガラスランプ容器の管端部を、ガラス管と馴染みの良い半田材料を溶融した超音波半田槽にディッピングすることで外部電極の電流導体層を形成することを特徴とするものである。

請求項１の発明は、外面に電極として電流導体層が形成された管状ガラスランプ容器を備えて成る低圧放電ランプであって、前記電流導体層は、超音波半田ディッピングにより形成されたものであることを特徴とする。

請求項１の発明の低圧放電ランプでは、外部電極をなす電流導体層が超音波半田ディッピングによって形成されているので一様にしてムラのない層となり、高性能な低圧放電ランプとすることができ、しかも、電流導体層の形成に超音波半田ディッピング法を採用することによって大量生産化が可能で、低価格化が図れる。

請求項２の発明は、請求項１の低圧放電ランプにおいて、前記超音波半田ディッピングにより形成された電流導体層はスズ、スズとインジウムとの合金、若しくはスズとビスマスとの合金のいずれかを主成分とすることを特徴とするものであり、電流導体層が粘り強く強固であり、放電特性が安定し、また長寿命となる。

請求項３の発明は、請求項２の低圧放電ランプにおいて、前記超音波半田ディッピングにより形成された電流導体層はアンチモン、亜鉛、アルミニウムの少なくとも１種類を添加剤として含むことを特徴とするものであり、管状ガラスランプ容器の表面と電流導体層との馴染みが良く、電流導体層が剥がれ難く、放電特性が安定し、また長寿命となる。

請求項４の発明は、請求項１〜３の低圧放電ランプにおいて、前記超音波半田ディッピングにより形成された電流導体層は鉛成分を含まないことを特徴とするものであり、製造においても使用においても環境への悪影響が避けられる。

請求項５の発明は、請求項１〜４の低圧放電ランプにおいて、前記管状ガラスランプ容器の前記電流導体層を形成すべき部位にブラスト処理面を形成し、当該ブラスト処理面に前記超音波半田ディッピングにより電流導体層を形成したことを特徴とするものであり、管状ガラスランプ容器の表面のブラスト処理面によって電流導体層とガラス管との密着性をより強固にし、電流導体層をより剥がれ難くすることがきる。

請求項６の発明の低圧放電ランプの製造方法は、超音波半田槽に管状ガラスランプ容器のランプ端部をディッピングし、超音波半田ディッピングにより外部電極をなす電流導体層を形成することを特徴とするものである。

請求項６の発明の低圧放電ランプの製造方法では、管状ガラスランプ容器の端部表面に外部電極をなす電流導体層として一様にしてムラのない層を形成し、高性能な低圧放電ランプを製造することができ、しかも、大量生産により低圧放電ランプの低価格化が図れる。

請求項７の発明は、請求項６の低圧放電ランプの製造方法において、前記管状ガラスランプ容器のランプ端部の外周面にブラスト処理を施した後、当該ランプ端部を超音波半田槽にディッピングすることを特徴とするものであり、管状ガラスランプ容器の端部表面のブラスト処理によって電流導体層とガラス管との密着性をより強固にし、電流導体層をより剥がれ難くすることがきる。

請求項８の発明は、請求項６又は７の低圧放電ランプの製造方法において、前記超音波半田はスズ、スズとインジウムとの合金、若しくはスズとビスマスとの合金のいずれかを主成分とすることを特徴とするものであり、粘り強く強固な電流導体層が形成でき、放電特性が安定し、また長寿命な低圧放電ランプが製造できる。

請求項９の発明は、請求項８の低圧放電ランプの製造方法において、前記超音波半田はアンチモン、亜鉛、アルミニウムの少なくとも１種類を添加剤として含むことを特徴とするものであり、管状ガラスランプ容器の表面と電流導体層との馴染みを良くし、電流導体層を剥がれ難くし、放電特性が安定し、また長寿命な低圧放電ランプが製造できる。

請求項１０の発明は、請求項６〜９の低圧放電ランプの製造方法において、前記超音波半田は鉛成分を含まないことを特徴とするものであり、低圧放電ランプの製造において環境への悪影響が避けられる。

本発明によれば、管状ガラスランプ容器の外部電極として一様にしてムラのない金属めっき層から成る電流導体層を形成することができる。また、ブラスト処理の施された管状ガラスランプ容器の端部を超音波半田槽にディッピングすることにより管状ガラスランプ容器から極めて剥がれ難い電流導体層を形成することができる。したがって、低消費電力で安定した放電特性を有する高性能な低圧放電ランプが得られる。加えて、超音波半田ディッピングという比較的容易な技術で製造することができるので、高性能にして均質な品質の製品を大量生産することができ、低圧放電ランプの低価格化が可能である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。

（第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形態の誘電体バリア放電型低圧放電ランプ１１の構成を示している。図１において、管状ガラスランプ容器１０の両端部外表面には、超音波半田ディッピング層３１，３６が外部電極２１，２６それぞれの電流導体層として形成されている。

この超音波半田ディッピング層３１，３６は、超音波半田槽に管状ガラスランプ容器１０の管端部をディッピングする方法を用いることで形成したものである。このように、超音波半田槽に管端部をディッピングすることによって、管状ガラスランプ容器１０の管端部に超音波半田ディッピング層３１，３６を、ランプ表面が露出することのない一様な厚みに形成することができる。

超音波半田ディッピングは、溶融半田槽の内部に超音波振動子を設置し、溶融半田に超音波振動を付与しつつメッキを行う方法である。本実施の形態において、半田材料としてはスズ、スズとインジウムとの合金、若しくはスズとビスマスとの合金のいずれかを用い、超音波振動子を２０ｋＨｚで振動させた状態で管状ガラスランプ容器１０の端部を約２３０℃の溶融半田槽内に約３０秒間浸漬した。また超音波半田槽としては、黒田テクノ株式会社製のＫＤＢ−１００を用いた。このようにして形成される超音波半田ディッピング層３１，３６を例示すれば、厚みは５μｍ、管軸方向の長さは２０ｍｍである。

このように、管状ガラスランプ容器１０の外部電極２１，２６の電流導体層として超音波半田ディッピング層３１，３６を形成する方法を採用することにより、低価格にして高性能な低圧放電ランプ１１の大量生産が可能となる。

なお、超音波半田ディッピング層３１，３６を形成する半田材料としては、主成分としてスズ、スズとインジウムとの合金、若しくはスズとビスマスとの合金のいずれかを選択することにより、粘り強く強固な超音波半田ディッピング層を形成することができる。

また、超音波半田ディッピング層３１，３６を形成する半田材料に、アンチモン、亜鉛、アルミニウムの少なくとも１種類を添加して用いることにより、管状ガラスランプ容器１０の表面と超音波半田ディッピング層との馴染みを良くし、剥がれ難い超音波半田ディッピング層３１，３６を形成することができる。

さらに、超音波半田ディッピング層３１，３６を形成する半田材料として、鉛を含まない材料を採用することにより、環境に配慮した誘電体バリア放電型低圧放電ランプを作製することができる。

（第２の実施の形態）次に、本発明の第２の実施の形態の誘電体バリア放電型低圧放電ランプ１２について、図２を用いて説明する。第２の実施の形態の低圧放電ランプ１２は、図１に示した第１の実施の形態と同様に管状ガラスランプ容器１０の両端部外表面に超音波半田ディッピング層３１，３６を外部電極２１，２６それぞれの電流導体層として形成し、なおかつ、管状ガラスランプ容器１０の内部の蛍光体層７０の上及び外部電極２１，２６の内側のガラス表面に酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化亜鉛などの金属酸化物層７１を形成したものである。

このような構成の第２の実施の形態の低圧放電ランプ１２では、第１の実施の形態の低圧放電ランプ１１と同様、超音波半田ディッピング層３１，３６を形成する方法を採用することにより、低価格にして高性能な低圧放電ランプ１１の大量生産が可能となることに加えて、容器１０の内部の蛍光体層７０への水銀吸着による水銀消耗を抑えると共に水銀のガラスへの浸入による水銀消耗を防止することができ、長寿命化が図れる。

（第３の実施の形態）次に、本発明の第３の実施の形態の誘電体バリア放電型低圧放電ランプ１３について、図３を用いて説明する。第３の実施の形態の低圧放電ランプ１３は、図１に示した第１の実施の形態と同様に管状ガラスランプ容器１０の両端部外表面に超音波半田ディッピング層３１，３６を外部電極２１，２６それぞれの電流導体層として形成し、なおかつ、管状ガラスランプ容器１０の内周面と蛍光体層７０との間及び外部電極２１，２６の内側のガラス表面に酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化亜鉛などの金属酸化物層７２を形成したものである。

このような構成の第３の実施の形態の低圧放電ランプ１３では、第１の実施の形態の低圧放電ランプ１１と同様、超音波半田ディッピング層３１，３６を形成する方法を採用することにより、低価格にして高性能な低圧放電ランプ１１の大量生産が可能となることに加えて、管状カラスランプ容器１０のガラス面への水銀の浸入による水銀消耗を防止することができ、長寿命化が図れる。

（第４の実施の形態）次に、本発明の第４の実施の形態の誘電体バリア放電型低圧放電ランプ１４について、図４を用いて説明する。図４に示す誘電体バリア放電型低圧放電ランプ１４は、図１に示した放電ランプ１１と一部を除いて同じ構成である。したがって、同一の部分には同一の符号付し、以下の説明においては第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。この実施の形態の誘電体バリア放電型低圧放電ランプ１４では、管状ガラスランプ容器１０の両端部外表面がブラスト処理されて粗面にされており、このブラスト処理面４１，４６に超音波半田ディッピング層３１，３６が形成されている。このブラスト処理は、例えば、管状ガラスランプ容器１０をその管軸の周りに回転させ、アルミナ研磨剤を吹き付けることにより行う。このブラスト処理はフッ酸等による化学的なエッチングにより行うこともできる。このようにブラスト処理が施された管状ガラスランプ容器１０の両端部は、第１の実施の形態と同様の条件で超音波半田槽にディッピングされ、超音波半田ディッピング層３１，３６が形成される。

このようにガラス容器１０の表面にブラスト処理面４１，４６を設けておくことで、超音波半田ディッピング層３１，３６と管状ガラスランプ容器１０のガラス表面との接触面積が広くなり、外面電極をなす電流導体層としての超音波半田ディッピング層３１，３６がランプ容器１０の表面とより強固に密着し、いっそう剥がれ難くなる。

（第５の実施の形態）次に、本発明の第５の実施の形態の誘電体バリア放電型低圧放電ランプ１５について、図５を用いて説明する。第５の実施の形態の低圧放電ランプ１５は、図４に示した第４の実施の形態と同様に管状ガラスランプ容器１０の両端部外表面にブラスト処理を施し、そのブラスト処理面４１，４６に超音波半田ディッピング層３１，３６を外部電極２１，２６それぞれの電流導体層として形成し、なおかつ、図２に示した第２の実施の形態と同様に管状ガラスランプ容器１０の内部の蛍光体層７０の上及び外部電極２１，２６の内側のガラス表面に酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化亜鉛などの金属酸化物層７１を形成したものである。

このような構成の第５の実施の形態の低圧放電ランプ１５では、第２の実施の形態の低圧放電ランプ１２の作用、効果と共に第４の実施の形態の低圧放電ランプ１４の作用、効果を奏することができる。

（第６の実施の形態）次に、本発明の第６の実施の形態の誘電体バリア放電型低圧放電ランプ１６について、図６を用いて説明する。第６の実施の形態の低圧放電ランプ１６は、図４に示した第４の実施の形態と同様に管状ガラスランプ容器１０の両端部外表面をブラスト処理し、そのブラスト処理面４１，４６に超音波半田ディッピング層３１，３６を外部電極２１，２６それぞれの電流導体層として形成し、なおかつ、図３に示した第３の実施の形態と同様にガラスランプ容器１０の内周面と蛍光体層７０との間、そして外部電極２１，２６の内側のガラス表面に酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化亜鉛などの金属酸化物層７２を形成したものである。

このような構成の第６の実施の形態の低圧放電ランプ１６では、第３の実施の形態の低圧放電ランプ１３の作用、効果と第４の実施の形態の低圧放電ランプ１５の作用、効果を共に奏することができる。

本発明の誘電体バリア放電型低圧放電ランプによる超音波半田ディッピング層の管状ガラスランプ容器表面との密着性あるいは剥がれ難さを検証するために、本発明者らは通常の半田材料を用いた半田ディッピング層を比較例として形成し、これらと上記第１及び第４の実施の形態の誘電体バリア放電型低圧放電ランプにおける超音波半田ディッピング層との比較実験を行った。

［実施例１］
＜管状ガラスランプ容器＞
材質：ホウ珪酸ガラス。

寸法：外径２．６ｍｍ、内径２．０ｍｍ、全長３５０ｍｍ。

ブラスト処理なし。

＜半田ディッピング方法＞
超音波半田槽にディッピング。

＜超音波半田ディッピング層の材料＞
スズ＋インジウム＋亜鉛＋アルミニウム＋アンチモン。

厚み０．０５ｍｍ、配設部の長さ２０ｍｍ。

＜蛍光体層＞
材質：三波長蛍光体。

厚み：２０μｍ。

＜封入物＞
封入ガス：ネオンとアルゴンの混合ガス（組成比：ネオン／アルゴン＝９０モル％／１０モル％）。封入圧：６０Ｔｏｒｒ。

水銀：封入量３ｍｇ。

［実施例２］
実施例１とほぼ同様であるが、管状ガラスランプ容器の所定の部分にブラスト処理を施し、その部分に超音波半田ディッピング層を形成した。

［比較例１］
実施例１と同じ管状ガラスランプ容器の端部を、半田材料としてスズと銅の合金を溶融させた溶融半田槽にディッピングして半田ディッピング層を形成した。管状ガラスランプ容器の端部にはブラスト処理はしていない。

［比較例２］
比較例１と同様であるが、管状ガラスランプ容器の端部にはブラスト処理を施し、その部分に半田ディッピング層を形成した。

上記実施例１、実施例２、比較例１、比較例２の誘電体バリア放電型低圧放電ランプに対して、それらの半田ディッピング層に１ｍｍ間隔に格子状の傷を付け、ヒートサイクル試験を行い、その後、セロハンテープを用いて剥がれ試験を行った。この試験結果を、表１に示してある。なお、ヒートサイクルは、８０℃の環境に０．５時間置き、次に３０℃の環境に０．５時間置くことを１サイクルとした。

このヒートサイクル試験の結果から、本発明の実施例による超音波半田ディッピング層の外部電極は、半田材料として従来一般的なスズと銅の合金あるいはスズと銅と銀の合金を用いた通常の半田ディッピングによる外部電極よりもヒートサイクル試験に強いことが確認できた。

本発明の第１の実施の形態の誘電体バリア放電型低圧放電ランプの軸方向断面図。 本発明の第２の実施の形態の誘電体バリア放電型低圧放電ランプの軸方向断面図。 本発明の第３の実施の形態の誘電体バリア放電型低圧放電ランプの軸方向断面図。 本発明の第４の実施の形態の誘電体バリア放電型低圧放電ランプの軸方向断面図。 本発明の第５の実施の形態の誘電体バリア放電型低圧放電ランプの軸方向断面図。 本発明の第６の実施の形態の誘電体バリア放電型低圧放電ランプの軸方向断面図。 従来例の誘電体バリア放電型低圧放電ランプの軸方向断面図。 本願発明者らが試験的に製造した一般的な組成の半田材料を用いた溶融半田ディッピング法により作製した誘電体バリア放電型低圧放電ランプの軸方向断面図。

符号の説明

１０：管状ガラスランプ容器、１１〜１８：低圧放電ランプ、２１，２２，２３，２６，２７，２８：外部電極、３０，３５：半田ディッピング層、３１，３６：超音波半田ディッピング層、４１，４６：ブラスト処理面、５１，５６：コイル状リード線、６０：充填材、７０：蛍光体層、７１，７２：金属酸化物層。

Claims (10)

1. 外面に電極として電流導体層が形成された管状ガラスランプ容器を備えて成る低圧放電ランプであって、
   前記電流導体層は、超音波半田ディッピングにより形成されたものであることを特徴とする低圧放電ランプ。
2. 前記超音波半田ディッピングにより形成された電流導体層はスズ、スズとインジウムとの合金、若しくはスズとビスマスとの合金のいずれかを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の低圧放電ランプ。
3. 前記超音波半田ディッピングにより形成された電流導体層はアンチモン、亜鉛、アルミニウムの少なくとも１種類を添加剤として含むことを特徴とする請求項２に記載の低圧放電ランプ。
4. 前記超音波半田ディッピングにより形成された電流導体層は鉛成分を含まないことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の低圧放電ランプ。
5. 前記管状ガラスランプ容器の前記電流導体層を形成すべき部位にブラスト処理面を形成し、当該ブラスト処理面に前記超音波半田ディッピングにより電流導体層を形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の低圧放電ランプ。
6. 超音波半田槽に管状ガラスランプ容器のランプ端部をディッピングし、超音波半田ディッピングによって外面電極をなす電流導体層を形成することを特徴とする低圧放電ランプの製造方法。
7. 前記管状ガラスランプ容器のランプ端部の外周面にブラスト処理を施した後、当該ランプ端部を前記超音波半田槽にディッピングすることを特徴とする請求項６に記載の低圧放電ランプの製造方法。
8. 前記超音波半田はスズ、スズとインジウムとの合金、若しくはスズとビスマスとの合金のいずれかを主成分とすることを特徴とする請求項６又は７に記載の低圧放電ランプの製造方法。
9. 前記超音波半田はアンチモン、亜鉛、アルミニウムの少なくとも１種類を添加剤として含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の低圧放電ランプの製造方法。
10. 前記超音波半田は鉛成分を含まないことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の低圧放電ランプの製造方法。

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