JP4278999B2

JP4278999B2 - 蛍光放電管用電極合金、蛍光放電管用電極およびその電極を備えた蛍光放電管

Info

Publication number: JP4278999B2
Application number: JP2003023948A
Authority: JP
Inventors: 和弘塩見; 雅昭石尾; 茂次松原
Original assignee: Neomax Materials Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Neomaterial Ltd
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004235073A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えば液晶のバックライトとして用いられる蛍光放電管、その電極および電極材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶装置にはバックライトとして小形の蛍光放電管が用いられる。かかる蛍光放電管は、図３に示すように、内壁面に蛍光膜（図示省略）が形成され、その内部に放電用ガス（アルゴンガス等の希ガスおよび水銀蒸気）が封入されたガラス管１１と、そのガラス管１１の両端部に設けられた一対の冷陰極を構成する電極１２を備えている。前記電極１２は、一端が開放された筒状の管部１３と、この管部１３の他端を閉塞する端板部１４とによって有底筒状に一体的に形成されている。前記端板部１４には前記ガラス管１１の端部を貫通するように封止された棒状の導電体１５の一端が溶接され、この導電体１５の他端にリード線１７が接続される。
【０００３】
前記電極１２は、従来、純Ｎｉによって形成され、そのサイズは、バックライト等の小形の蛍光放電管用のものでは、例えば内径１．５mm程度、全長５mm程度、壁部１３の肉厚０．１mm程度である。かかる筒状電極は、通常、前記管部の肉厚と同等の厚さを有する純Ｎｉ薄板を深絞り成形することによって一体的に成形される。
【０００４】
上記のとおり、蛍光放電管用電極は、成形性が良好で、材質的にも安定な純Ｎｉによって形成されていたが、ランプ寿命が比較的短いという問題がある。すなわち、蛍光放電管は点灯の際、電極にイオン等が衝突して電極金属から原子を放出する現象（スパッタリング）が生じる。このスパッタリングによって放出された電極金属の原子は、ガラス管内に封入された水銀と結合し、ガラス管内の水銀蒸気を消耗させる。従来、電極金属を形成するＮｉは、スパッタの際の原子放出量が多い、すなわちスパッタ率が高く、水銀の消耗が大きいため、放電管の寿命が低下しやすいという問題がある。
【０００５】
このため、近年、特開２００２−１１００８５号公報（特許文献１）に記載されているように、電極をスパッタ率の低い、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａ又はこれらの合金で形成することが試みられている。
【特許文献１】
特開２００２−１１００８５号公報（特許請求の範囲）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの金属元素はＮｉに比して高価であり、さらに高融点の酸化し易い材料であるため、その製造に際してもプラズマアーク溶解法や粉末冶金法など、通常の溶解・鋳造法とは異なる特殊な方法によってバルク材を製造する必要がある。また、Ｎｂについてはその薄板に対して絞り加工を施すことができるものの、バルク材の圧延に際して真空焼鈍などの無酸化雰囲気焼鈍と圧延とを繰り返して薄肉化する必要がある。このように、Ｎｂ、Ｔａ等は、総じて小形の筒状電極を製造する上で、成形加工性に劣り、製造コストが非常に高くなるという問題がある。
また、従来の筒状電極は端板部が筒状本体と同等の肉厚しかないため、給電用の導電体を溶接する際の溶接条件が厳しく、溶着不良が生じ易い。このため電極への電気的、熱的接合が不確実となり、放電状態、放熱状態が不安定となり、蛍光放電管のランプ寿命が低下するという問題がある。
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、Ｎｉ電極に比してランプ寿命が長く、しかも成形加工性に優れた蛍光放電管用電極合金を提供すること、また給電用導電体の溶着不良に起因するランプ寿命の低下を防止することができる蛍光放電管用電極を提供すること、さらに上記特徴を備えた蛍光放電管を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による蛍光放電管用電極合金は、ＮｂおよびＴａから選択される１種または２種の元素を合計量で１．０〜３．０mass％含有し、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ−Ｎｂ合金、Ｎｉ−Ｔａ合金あるいはＮｉ−Ｎｂ−Ｔａ合金によって形成される。
【０００８】
この電極合金はＮｂおよび／またはＴａを合計量で１．０〜３．０mass％含有するＮｉ合金であるので、スパッタ率の低いＮｂ、Ｔａのみによって電極を形成する場合に比してスパッタ率はやや高くなるものの、Ｎｂ、Ｔａの添加量が極めて少量であるにもかかわらず、従来の純Ｎｉによって電極を形成する場合に比してスパッタ率を大幅に低下させることができ、ランプ寿命を大幅に向上させることができる。しかも、実用上、純Ｎｉの場合と同様の溶解・鋳造性並びに純Ｎｉに対して実用上遜色のない成形加工性を有するため、プラズマアーク溶解や真空焼鈍を用いることなく、小形の筒状電極に容易に絞り成形や冷間閉塞鍛造（インパクト成形）することができ、生産性に優れる。
【０００９】
また、本発明による蛍光放電管用電極は、一端が開放された管部と、前記管部の他端を閉塞する端板部とを備え、前記管部と端板部とが一体的に成形され、前記電極は上記本発明に係る電極用合金で形成され、前記端板部が管部の管壁厚さよりも厚く形成される。
【００１０】
この電極によれば、管部の管壁の厚さが薄い場合であっても、給電用導電体が溶着される端板部の厚さが管部の管壁の厚さよりも厚く形成されるので、前記導電体の端部を端板部に突き合わせ状に溶着する際、溶接出力などの溶着出力の微妙な制御を行うことなく導電体の端部を端板部に容易に溶着することができ、両者の溶着不良を防止することができる。このため、導電体と電極との電気的、熱的接合が確実となり、放電状態、放熱状態が安定し、蛍光放電管のランプ寿命の低下を防止することができ、また蛍光放電管の製造歩留まりを向上させることができる。
【００１１】
前記電極において、前記端板部の外側に前記管部と同心状に配置された導電体位置決め用凹部を設けることが好ましい。かかる導電体位置決め用凹部を設けることによって、導電体の端部を前記凹部に差し込んで溶着するだけで、電極の端板部に導電体を同心状に確実に溶着することができる。このため、導電体をガラス管の端部に同心状に封止することにより、電極とガラス管とが同心状に配置され、ガラス管内における放電状態の均一性、安定性が向上し、ランプ寿命をより向上させることができる。
【００１２】
また、前記電極は上記本発明に係る電極用合金で形成されるので、その電極合金の優れた成形加工性によって一体成形することができ、また僅かに添加されたＮｂ、Ｔａの作用によりランプ寿命を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明による蛍光放電管は、内壁面に蛍光膜が形成され、その内部に放電用ガスが封入されたガラス管と、そのガラス管の両端部にガラス管と同心状かつガラス管の内外に貫通状に封止された給電用導電体と、前記ガラス管の内部に配置され、前記給電用導電体の端部に接続された一対の電極を備えた蛍光放電管であって、前記電極として上記本発明にかかる蛍光放電管用電極が用いられ、前記電極の端板部の外側に前記給電用導電体が同心状に溶着されたものである。この蛍光放電管によれば、上記本発明にかかる電極による各効果を備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の電極合金は、合金元素としてＮｂおよびＴａのいずれか一方の元素を１．０〜３．０mass％含有し、あるいはそれらの元素を複合して合計量で１．０〜３．０mass％含有し、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ−Ｎｂ合金、Ｎｉ−Ｔａ合金あるいはＮｉ−Ｎｂ−Ｔａ合金（以下、これらのＮｂ、Ｔａを含むＮｉ合金を単にＮｉ合金という場合がある。）によって形成される。
【００１５】
本発明者が鋭意研究したところ、ＮｂおよびＴａは、Ｎｉに少量添加するだけで、成形性、加工性をほとんど劣化させることなく、スパッタ率が大幅に低下することを知見した。これらの元素は単独で、あるいは複合して添加する場合、１種または２種の合計量が１．０mass％未満の添加では、スパッタ率の低下が過少となり、ランプ寿命の大幅な向上は望めない。一方、合計量が３．０mass％を超えると成形性、加工性が劣化し、インパクト成形が困難になる。このため、合計量の下限を１．０mass％、好ましくは１．５mass％とし、その上限を３．０mass％、好ましくは２．５mass％とする。なお、後述の実施例から明らかなように、Ｔａの方がＮｂよりもスパッタ率の低減効果は大きい。
【００１６】
前記電極合金は、高融点の難加工性元素を含むものの、純Ｎｉと同様、成形性、加工性に極めて優れるので、大気下で鋳造した後、その鋳造片を大気下で熱間圧延し、必要に応じて不活性雰囲気下で焼鈍した後、冷間圧延することにより０．１mm程度のシートに容易に加工することができる。そして、必要に応じて仕上焼鈍（軟化焼鈍）した後、前記シートを絞り成形することによって、筒状電極を製造することができる。また、鋳造片を熱間圧延や熱間鍛造によって棒材に加工し、これを伸線し、得られた線材を適宜の長さに切断して短軸状素材（スラグという。）を得て、必要に応じて仕上焼鈍した後、これをインパクト成形（冷間閉塞鍛造）することによって筒状電極を得ることができる。インパクト成形する場合、筒状電極の端板部の板厚を筒状部に比して容易に厚くすることができ、さらにまた端板部に導電体位置決め用の凹部を容易に一体成形することができ、生産性に優れる。なお、仕上焼鈍は、８００〜９５０℃程度で３min から３ｈｒ程度保持すればよい。焼鈍雰囲気は、Ｎｂ、Ｔａは酸化および窒化し易いので、真空雰囲気あるいはＡｒ等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
【００１７】
次に、本発明の実施形態にかかる蛍光放電管およびその電極について説明する。図１は、実施形態にかかる蛍光放電管の要部断面図であり、この蛍光放電管は、内壁面に蛍光膜８が形成され、放電用ガス（アルゴンガス等の希ガスおよび水銀蒸気）が封入されたガラス管１と、そのガラス管１の両端部に設けられた一対の冷陰極を構成する電極２を備えている。
【００１８】
前記電極２は、一端が開放された管部３と、この管部３の一端を閉塞する端板部４とが一体的に形成されている。前記端板部４には、給電用の棒状の導電体５と前記管部３とが同心状に配列されるように、前記導電体５の一端が嵌合される導電体位置決め用凹部６が形成されている。前記導電体５は、ガラス管１の端部を内外に貫通するように封止され、ガラス管１の内側の端部が前記凹部６に嵌合され、端板部４との境界外周部においてレーザ溶接、抵抗溶接、ろう付けなどによって溶着されている。前記ガラス管１の外側に位置する、前記導電体５の他端には給電用のリード線７が接続される。
【００１９】
前記端板部４の厚さ（導電体５が溶着される部位の厚さｔ）は、前記凹部６を形成するとともに導電体５を端板部４に十分溶着することができるように、前記管部３の管壁の肉厚よりも厚く形成されている。小形の蛍光放電管では、電極２の長さは４〜１０mm程度、管部３の肉厚は０．０８〜０．２mm程度に形成され、前記端板部４の厚さは前記管部３の肉厚の３〜１０倍程度に形成される。なお、端板部４における凹部６の深さは管部３の管壁厚さ以上、好ましくは管壁厚さの２倍以上とするのがよく、また凹部６の底面と管部側内面との肉厚は管壁の肉厚程度以上あればよい。
【００２０】
前記電極２は、前記Ｎｉ合金で形成される。前記Ｎｉ合金を用いることにより、純Ｎｉと同等程度の冷間成形性を有するとともに、スパッタ率を純Ｎｉに比して大きく低減することができ、ランプ寿命を向上させることができる。この筒状電極は、インパクト成形によって一体成形される。
【００２１】
上記実施形態では、導電体位置決め用凹部６が端板部４に一体成形された例を示したが、前記凹部６は必ずしも必要としない。もっとも、前記凹部６を形成することによって、導電体５と電極２の管部３とが同心状に配置されるので、前記導電体５をガラス管１に同心状に封止することによって、電極２とガラス管１とを同心状に容易に配置することができ、放電状態の不均一化を防止することができ、放電の安定化、ランプ寿命の向上を図ることができる。
【００２２】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されるものではない。
【００２３】
【実施例】
表１に示す組成のＮｉ合金を真空誘導炉にて１５００℃にて溶解し、その溶湯を鋳造した鋳造片を大気中で１１００℃で熱間鍛造した後、圧延開始温度１１００℃で熱間圧延を行い、熱延板および熱延線材を得た。これらの熱延材は窒素および水素の混合ガス（大気圧）中で焼鈍（９００℃で２ｈｒ保持）され、冷間圧延および冷間伸線が施され、板厚０．１mmの薄板、外径１．７mmφの線材に加工された。これらの試料を用いて加工性およびスパッタ率が測定された。
【００２４】
加工性は、Ｎｉ−Ｎｂ合金についてはインパクト成形試験および圧縮試験によって評価した。また、Ｎｉ−Ｔａ合金、Ｎｉ−Ｎｂ−Ｔａ合金のインパクト成形性については圧縮試験結果によって評価した。
【００２５】
インパクト成形試験は、前記線材を１．８mmの長さのスラグに切断し、仕上焼鈍（真空雰囲気下、９００℃で２ｈｒ保持）後、これを用いて図２に示す、内径１．５mmφ、外径１．７mmφ、全長５．４mm、導電体位置決め用凹部深さ０．２mmの筒状電極を実際に成形することによって行われた。用いた成形型のパンチは、外径１．５mmφ、先端部開き角１５０°、材質ダイス鋼（ＳＫＤ１１）である。一方、ダイは、内径は１．７mmφ、材質超硬合金（Ｄ種６号）である。インパクト成形性の評価は、成形回数が１０００ショットに到達する前あるいは到達時点でダイが破損し、あるいはパンチが変形したため、成形が出来なくなったものを成形不可（×）、前記ショット数に到達した時点でダイの破損やパンチの変形が生じず、さらに成形可能であったものを成形可能（○）とした。
【００２６】
圧縮試験は、前記スラグの軸方向に１４７０ＭＰａ（１５０kgf／mm²）の荷重を付加し、下記式により圧縮率（％）を求めた。
圧縮率＝（加圧後のスラグ長さ）／（加圧前のスラグ長さ）×１００
【００２７】
また、スパッタ率は以下の要領により測定された。Ｎｉ合金薄板から試験片（１０mm×１０mm）を採取し、試験面を鏡面研磨した。イオンビーム装置（Ｖｅｅｃｏ社製、型式：ＶＥ−７４７）を用いて、前記試験片をターゲットとし、ターゲットと基板との間に電圧（５００Ｖ）を印加し、一定時間（３０min ）アルゴンイオン（１．３×１０^-6Torr）を試験面に加速衝突させ、スパッタリングした。試験面には鏡面の一部をマスキングした非スパッタ部が形成されており、スパッタリング後には、スパッタリングによって試験片の鏡面部が削られたスパッタ部とマスキングされた非スパッタ部との境界に段差が形成される。この段差を接触式粗度計（Ｓｌｏａｎ社製、型式：ＤＥＫＴＡＫ２Ａ）を用いて測定し、下記式からスパッタ率（％）を求めた。
スパッタ率＝段差（Å）／スパッタ時間（３０min ）×１００
【００２８】
以上のようにして求めた圧縮率、インパクト成形性、スパッタ率を表１に併せて示す。なお、比較のため、純Ｎｉおよび純Ｎｂのバルク材を準備し、これを用いて上記と同様の条件でスパッタリングすることによって求めたスパッタ率も併せて示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１より、Ｎｉ−Ｎｂ合金の各試料によると、Ｎｂ量が本発明範囲内にある試料No. ２，３および４（発明例）は、小形筒状電極に対するインパクト成形性に優れ、スパッタ率は純Ｎｂに対して若干高いものの、１．０〜２．０％と僅かな添加量であっても、純Ｎｉに対して１０％以上低下していることが分かる。また、Ｎｉ−Ｔａ合金、Ｎｉ−Ｎｂ−Ｔａ合金の試料No. ７〜９によると、その圧縮率は５５％以下であり、試料No. １〜６の圧縮率とインパクト成形性との関係から、これらの試料においても優れたインパクト成形性を期待することができる。また、スパッタ率もＴａの添加により大きく低下していることが分かる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の電極合金は、ＮｉにＮｂ、Ｔａを１．０〜３．０％と僅かに含有させたものであり、Ｎｂ、Ｔａの僅かな含有によりインパクト成形等に対する成形加工性を損なうことなく、純Ｎｉに比してスパッタ率を１０％以上向上させることができ、ひいてはランプ寿命を大幅に改善することができる。また、本発明の電極は、上記電極合金で形成され、さらに端板部の厚さが管部の管壁厚さより厚く形成されているので、給電用導電体の溶着が容易になり、電極への電気的、熱的接合が確実となり、放電状態、放熱状態が安定し、蛍光放電管のランプ寿命の低下を防止することができ、また蛍光放電管の製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる蛍光放電管用電極を備えた蛍光放電管の要部断面図である。
【図２】本発明の実施例においてインパクト成形した蛍光放電管用電極の断面図である。
【図３】従来の蛍光放電管用電極を備えた蛍光放電管の要部断面図である。
【符号の説明】
１ガラス管
２電極
３管部
４端板部
５導電体
６導電体位置決め用凹部

Claims

ＮｂおよびＴａから選択される１種または２種の元素を含有し、これらの元素の合計量が１．０〜３．０mass％であり、残部がＮｉおよび不可避的不純物からなる蛍光放電管用電極合金。
一端が開放された管部と、前記管部の他端を閉塞する端板部とを備え、前記管部と端板部とが一体的に成形された蛍光放電管用電極であって、
当該電極が請求項１に記載した電極合金によって形成され、
前記端板部が管部の管壁厚さよりも厚く形成された蛍光放電管用電極。
前記端板部は、その外側に前記管部と同心状に配置された導電体位置決め用凹部が設けられた請求項２に記載された蛍光放電管用電極。
内壁面に蛍光膜が形成され、その内部に放電用ガスが封入されたガラス管と、そのガラス管の両端部にガラス管と同心状かつガラス管の内外に貫通状に封止された給電用導電体と、前記ガラス管の内部に配置され、前記給電用導電体の端部に接続された一対の電極を備えた蛍光放電管であって、
前記電極として請求項２または３に記載された蛍光放電管用電極が用いられ、前記電極の端板部の外側に前記給電用導電体が同心状に溶着された、蛍光放電管。